JP5614462B2 - Gas diffusion electrode base material for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell - Google Patents
Gas diffusion electrode base material for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP5614462B2 JP5614462B2 JP2012557347A JP2012557347A JP5614462B2 JP 5614462 B2 JP5614462 B2 JP 5614462B2 JP 2012557347 A JP2012557347 A JP 2012557347A JP 2012557347 A JP2012557347 A JP 2012557347A JP 5614462 B2 JP5614462 B2 JP 5614462B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microporous
- electrode substrate
- gas diffusion
- diffusion electrode
- microporous portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims description 172
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 90
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 53
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 235
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 51
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 15
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 172
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 66
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 66
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 56
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 53
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 53
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 53
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 42
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 28
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 19
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 13
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 13
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 10
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 9
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 8
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 6
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 238000010022 rotary screen printing Methods 0.000 description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- -1 polychlorotrifluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 3
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 235000004522 Pentaglottis sempervirens Nutrition 0.000 description 2
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 2
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 2
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- BZPCMSSQHRAJCC-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,3,4,4,5,5,5-nonafluoro-1-(1,2,3,3,4,4,5,5,5-nonafluoropent-1-enoxy)pent-1-ene Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)=C(F)OC(F)=C(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F BZPCMSSQHRAJCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920006361 Polyflon Polymers 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002978 Vinylon Polymers 0.000 description 1
- 229920006221 acetate fiber Polymers 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007849 furan resin Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000010680 novolac-type phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 239000011134 resol-type phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000006234 thermal black Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8828—Coating with slurry or ink
- H01M4/8835—Screen printing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池、特に固体高分子型燃料電池に好適に用いられるガス拡散電極基材に関する。より詳しくは、耐フラッディング性、耐プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れ、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能であり、さらには、機械特性、導電性、熱伝導性が優れるガス拡散電極基材に関する。 The present invention relates to a gas diffusion electrode substrate suitably used for a fuel cell, particularly a polymer electrolyte fuel cell. More specifically, it has excellent flooding resistance and plugging resistance, and also has excellent dry-up resistance, and can exhibit high power generation performance over a wide temperature range from low temperature to high temperature. In addition, it has mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity. The present invention relates to a gas diffusion electrode substrate having excellent properties.
水素を含む燃料ガスをアノードに供給し、酸素を含む酸化ガスをカソードに供給して、両極で起こる電気化学反応によって起電力を得る固体高分子型燃料電池は、一般的に、セパレータ、ガス拡散電極基材、触媒層、電解質膜、触媒層、ガス拡散電極基材、セパレータを順に積層して構成される。ガス拡散電極基材にはセパレータから供給されるガスを触媒層へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要であり、炭素繊維などからなる電極基材が広く用いられている。 A polymer electrolyte fuel cell that supplies a fuel gas containing hydrogen to the anode and an oxidizing gas containing oxygen to the cathode to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction occurring at both electrodes is generally a separator, gas diffusion An electrode base material, a catalyst layer, an electrolyte membrane, a catalyst layer, a gas diffusion electrode base material, and a separator are laminated in order. The gas diffusion electrode base material has high gas diffusibility for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst layer, high drainage for discharging water generated by the electrochemical reaction to the separator, and the generated current High electrical conductivity is required to extract the carbon, and electrode base materials made of carbon fiber or the like are widely used.
しかしながら課題として、(1)固体高分子型燃料電池を70℃未満の比較的低い温度かつ高電流密度領域において作動させる場合、大量に生成する液水で電極基材が閉塞し、燃料ガスの供給が不足する結果、発電性能が低下する問題(以下、フラッディングと記載)、(2)固体高分子型燃料電池を70℃未満の比較的低い温度かつ高電流密度領域において作動させる場合、大量に生成する液水でセパレータのガス流路(以下、流路と記載)が閉塞し、燃料ガスの供給が不足する結果、瞬間的に発電性能が低下する問題(以下、プラッギングと記載)(3)80℃以上の比較的高い温度で作動させる場合、水蒸気拡散により電解質膜が乾燥し、プロトン伝導性が低下する結果、発電性能が低下する問題(以下、ドライアップと記載)が知られている。これら(1)〜(3)の問題を解決するために多くの取り組みがなされている。 However, as problems, (1) when the polymer electrolyte fuel cell is operated in a relatively low temperature of less than 70 ° C. and in a high current density region, the electrode substrate is clogged with a large amount of liquid water, and the supply of fuel gas As a result, the power generation performance is reduced as a result of shortage (hereinafter referred to as flooding). (2) When a polymer electrolyte fuel cell is operated at a relatively low temperature of less than 70 ° C. and in a high current density region, a large amount is generated. The problem is that the power generation performance is instantaneously reduced (hereinafter referred to as plugging) (3) 80 as a result of the gas flow (hereinafter referred to as flow path) of the separator being blocked by the liquid water to be supplied and the fuel gas supply being insufficient. When operating at a relatively high temperature of ℃ or higher, the electrolyte membrane is dried by water vapor diffusion, and proton conductivity is reduced, resulting in a problem that power generation performance is reduced (hereinafter referred to as dry-up). To have. Many efforts have been made to solve these problems (1) to (3).
特許文献1では、電極基材の触媒層側にカーボンブラックおよび疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成したガス拡散電極基材が提案されている。このガス拡散電極基材を用いた燃料電池によれば、マイクロポーラス部が撥水性を有する小さな細孔構造を形成するため、液水のカソード側への排出が抑えられ、フラッディングが抑制される傾向にある。また、生成水が電解質膜側に押し戻される(以下、逆拡散と記載)ため、電解質膜が湿潤しドライアップが抑制される傾向にある。
特許文献2および特許文献3では、電極基材の両面にカーボンブラック、疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成したガス拡散電極基材を用いる燃料電池が提案されている。このガス拡散電極基材を用いた燃料電池によれば、セパレータ側のマイクロポーラス部が平滑で高い撥水性を有することにより、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングが抑制される。また、触媒層側のマイクロポーラス部により生成水の逆拡散が促進され、加えてセパレータ側のマイクロポーラス部により水蒸気拡散が抑えられる結果、電解質膜が湿潤しドライアップが抑制される。
特許文献4では電極基材の触媒層側にカーボンブラックおよび疎水性樹脂からなるマイクロポーラス部を形成し、前記マイクロポーラス部が島状または格子状であるガス拡散電極基材が提案されている。このガス拡散電極基材を用いた燃料電池によれば、マイクロポーラス部のない空隙部分から反応ガスを触媒層へスムーズに供給できるとされている。
しかしながら、特許文献1に記載の技術には、フラッディング、ドライアップの抑制はまだ不十分であり、プラッギングは何ら改善されないという問題がある。
However, the technique described in
また、特許文献2や3に記載の技術には、セパレータ側のマイクロポーラス部により電極基材からセパレータへの排水が阻害されるため、フラッディングが顕著になるという問題がある。
Further, the techniques described in
また、特許文献4に記載の技術には、マイクロポーラス部のない空隙部分があるため生成水の逆拡散が不十分であり、ドライアップしやすいという問題を有している。さらに、マイクロポーラス部と触媒層との接触面が平滑でないために、接触電気抵抗が大きくなり、低温から高温にわたる発電性能が低下するという問題もある。
Further, the technique described in
このような多くの技術が提案されているが、耐フラッディング性、耐プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れたガス拡散電極基材はまだ見出されていない。 Many such techniques have been proposed, but a gas diffusion electrode base material having excellent flooding resistance and plugging resistance and excellent dry-up resistance has not yet been found.
そこで、本発明の目的は、耐フラッディング・プラッギング性に優れ、なおかつ耐ドライアップ性に優れ、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能であり、さらには、機械特性、導電性、熱伝導性が優れるガス拡散電極基材を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is excellent in flooding / plugging resistance, excellent in dry-up resistance, and capable of expressing high power generation performance over a wide temperature range from low temperature to high temperature. The object is to provide a gas diffusion electrode substrate having excellent thermal conductivity.
本発明者らは鋭意研究を行った結果、電極基材の両面にマイクロポーラス部を形成したガス拡散電極基材において、片面側のマイクロポーラス部の面積率を適度に小さく、反対面側のマイクロポーラス部の面積率を大きくすることにより、プラッギングおよびドライアップを抑制する効果を何ら損なうことなく、電極基材からの排水を阻害しないようにでき、耐フラッディング性を大幅に改善できることを見出した。これにより、耐フラッディング性、耐プラッキング性、耐ドライアップ性を両立し得るようになり、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that in the gas diffusion electrode substrate in which the microporous portion is formed on both surfaces of the electrode substrate, the area ratio of the microporous portion on one side is appropriately small, and the microporous portion on the opposite surface side It has been found that by increasing the area ratio of the porous portion, the drainage from the electrode base material can be prevented from being inhibited without impairing the effect of suppressing plugging and dry-up, and the flooding resistance can be greatly improved. As a result, it is possible to achieve both flood resistance, plucking resistance, and dry-up resistance, thereby completing the present invention.
電極基材の片面側のマイクロポーラス部をマイクロポーラス部[A]、反対面側のマイクロポーラス部をマイクロポーラス部[B]と称する。 The microporous portion on one side of the electrode substrate is referred to as a microporous portion [A], and the microporous portion on the opposite surface side is referred to as a microporous portion [B].
本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部[A]、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部[A]の面積率が5〜70%の範囲内であり、マイクロポーラス部[B]の面積率が80〜100%の範囲内であり、マイクロポーラス部[A]がパターンを形成しているか、マイクロポーラス部[A]はマイクロポーラス部が電極基材の表面に多数設けられていることによって形成されてなるか、マイクロポーラス部[A]はランダムな形状であることを特徴とする。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)である。
In the gas diffusion electrode substrate of the present invention, the microporous portion [A], the electrode substrate, and the microporous portion [B] are arranged in this order, and the area ratio of the microporous portion [A] is 5 to 70. % of a range state, and are within the scope area ratio of 80% to 100% of the microporous portion [B], or microporous portion [a] is a pattern, microporous portion [a] is a micro or porous portion is formed by provided a large number on the surface of the electrode substrate, a microporous portion [a] is characterized random shapes der Rukoto.
However, the area ratio is the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate.
従来技術では両面ともにマイクロポーラス部の全面塗工しかなされておらず、両面のマイクロポーラス部を別々に制御して、耐フラッディング性、耐プラッギング性、耐ドライアップ性を両立するという考え方は見出されておらず、容易に導き出されるものではない。 In the conventional technology, only the entire surface of the microporous part was applied to both sides, and the idea of controlling the microporous part on both sides separately to achieve both flooding resistance, plugging resistance and dry-up resistance was found. It is not easily derived.
また、本発明のガス拡散電極基材の製造方法は、次のような手段を採用するものである。すなわち、電極基材のマイクロポーラス部[B]を有する面とは反対の面にマイクロポーラス部[A]をスクリーン印刷またはグラビア印刷により形成することを特徴とする前記ガス拡散電極基材の製造方法である。 Moreover, the manufacturing method of the gas diffusion electrode base material of the present invention employs the following means. That is, the method for producing a gas diffusion electrode base material, wherein the microporous portion [A] is formed by screen printing or gravure printing on the surface opposite to the surface having the microporous portion [B] of the electrode base material. It is.
前記課題を解決するために、本発明の膜電極接合体は、電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに前記触媒層の外側に前記燃料電池用ガス拡散電極基材を有し、本発明の燃料電池は、前記膜電極接合体の両側にセパレータを有する。 In order to solve the above problems, the membrane electrode assembly of the present invention has a catalyst layer on both sides of an electrolyte membrane, and further has the fuel cell gas diffusion electrode substrate outside the catalyst layer. This fuel cell has separators on both sides of the membrane electrode assembly.
すなわち、本発明は、以下の要素を具備するものである。
(1)マイクロポーラス部[A] 、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部[A]の面積率が5〜70%の範囲内であり、マイクロポーラス部[B]の面積率が80〜100%の範囲内であり、マイクロポーラス部[A]がパターンを形成していることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)である。
(2)マイクロポーラス部[A] 、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部[A]の面積率が5〜70%の範囲内であり、マイクロポーラス部[B]の面積率が80〜100%の範囲内であり、マイクロポーラス部[A]はマイクロポーラス部が電極基材の表面に多数設けられていることによって形成されてなることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)である。
(3)マイクロポーラス部[A] 、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で配置されてなり、マイクロポーラス部[A]の面積率が5〜70%の範囲内であり、マイクロポーラス部[B]の面積率が80〜100%の範囲内であり、マイクロポーラス部[A]はランダムな形状であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極基材。
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)である。
(4)マイクロポーラス部[A]が平均線幅0.1〜5mmの線状のマイクロポーラス部の集合体からなる、(1)〜(3)のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散電極基材。
(5)マイクロポーラス部[A]が、ストライプ状、あるいは格子状である、(1)または(2)に記載の燃料電池用ガス拡散電極基材。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散電極基材の製造方法であって、マイクロポーラス部[A]がスクリーン印刷またはグラビア印刷により形成される、燃料電池用ガス拡散電極基材の製造方法。
(7)電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに前記触媒層の外側にガス拡散電極基材を有する膜電極接合体であって、該ガス拡散電極基材の少なくとも一方が(1)〜(5)のいずれかに記載のガス拡散電極基材である、膜電極接合体。
(8)前記ガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[B]が前記触媒層に接する、(7)に記載の膜電極接合体。
(9)(8)に記載の膜電極接合体の両側にセパレータを有する、燃料電池。
That is, the present invention comprises the following elements.
(1) The microporous part [A], the electrode substrate, and the microporous part [B] are arranged in this order, and the area ratio of the microporous part [A] is in the range of 5 to 70%, Ri range der area ratio of 80% to 100% of the microporous portion [B], the microporous portion [a] is the fuel cell gas diffusion electrode substrate, characterized that you have to form a pattern.
However, the area ratio is the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate.
(2) The microporous part [A], the electrode substrate, and the microporous part [B] are arranged in this order, and the area ratio of the microporous part [A] is in the range of 5 to 70%, The area ratio of the microporous portion [B] is in the range of 80 to 100%, and the microporous portion [A] is formed by providing a large number of microporous portions on the surface of the electrode substrate. A gas diffusion electrode base material for a fuel cell.
However, the area ratio is the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate.
(3) The microporous part [A], the electrode substrate, and the microporous part [B] are arranged in this order, and the area ratio of the microporous part [A] is in the range of 5 to 70%, A gas diffusion electrode substrate for a fuel cell, wherein the area ratio of the microporous part [B] is in the range of 80 to 100%, and the microporous part [A] has a random shape.
However, the area ratio is the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate.
( 4 ) The gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of (1) to (3), wherein the microporous portion [A] is composed of an assembly of linear microporous portions having an average line width of 0.1 to 5 mm. Base material.
( 5 ) The gas diffusion electrode substrate for a fuel cell according to (1) or (2) , wherein the microporous portion [A] has a stripe shape or a lattice shape.
( 6 ) A method for producing a gas diffusion electrode substrate for a fuel cell according to any one of (1) to ( 5 ), wherein the microporous portion [A] is formed by screen printing or gravure printing. Of manufacturing a gas diffusion electrode substrate for use.
( 7 ) A membrane electrode assembly having a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane and further having a gas diffusion electrode substrate outside the catalyst layer, wherein at least one of the gas diffusion electrode substrates is (1) to ( 5 ) A membrane electrode assembly, which is the gas diffusion electrode substrate according to any one of ( 5 ).
( 8 ) The membrane electrode assembly according to ( 7 ), wherein the microporous portion [B] of the gas diffusion electrode substrate is in contact with the catalyst layer.
( 9 ) A fuel cell having separators on both sides of the membrane electrode assembly according to ( 8 ).
本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]を有するため、耐プラッギング性および耐ドライアップ性が高く、マイクロポーラス部[A]の面積率が5〜70%の範囲内であるため電極基材からの排水性が良好であり、耐フラッディング性が高い。電極基材にはカーボンペーパーなどを用いることができるため本発明のガス拡散電極基材は機械強度、導電性、熱伝導性も良好である。本発明のガス拡散電極基材を用いると、低温から高温の広い温度範囲にわたって高い発電性能を発現可能である。 Since the gas diffusion electrode substrate of the present invention has a microporous portion [A] and a microporous portion [B], the plugging resistance and the dry-up resistance are high, and the area ratio of the microporous portion [A] is 5 to 5. Since it is within the range of 70%, the drainage from the electrode substrate is good and the flooding resistance is high. Since carbon paper or the like can be used for the electrode base material, the gas diffusion electrode base material of the present invention has good mechanical strength, electrical conductivity, and thermal conductivity. When the gas diffusion electrode substrate of the present invention is used, high power generation performance can be expressed over a wide temperature range from low temperature to high temperature.
本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部[A]、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で隣接して配置されてなる。以下、各構成要素について、説明する。なお、本発明において、カーボンペーパーなどのみからなり、マイクロポーラス部を設けない基材を「電極基材」と称し、電極基材にマイクロポーラス部を設けた基材を「ガス拡散電極基材」と称する。 In the gas diffusion electrode substrate of the present invention, the microporous part [A], the electrode base material, and the microporous part [B] are arranged adjacently in this order. Hereinafter, each component will be described. In the present invention, a substrate made of only carbon paper and not provided with a microporous portion is referred to as an “electrode substrate”, and a substrate provided with a microporous portion on an electrode substrate is referred to as a “gas diffusion electrode substrate”. Called.
まず、本発明の構成要素である電極基材について説明する。 First, the electrode base material which is a component of the present invention will be described.
本発明において、電極基材は、セパレータから供給されるガスを触媒へと拡散するための高いガス拡散性、電気化学反応に伴って生成する水をセパレータへ排出するための高い排水性、発生した電流を取り出すための高い導電性が必要である。このため、導電性を有し、平均細孔径が10〜100μmの多孔体を用いることが好ましい。より具体的には、例えば、炭素繊維織物、炭素繊維抄紙体、炭素繊維不織布などの炭素繊維を含む多孔体、発砲焼結金属、金属メッシュ、エキスパンドメタルなどの金属多孔体を用いることが好ましい。中でも、耐腐食性が優れることから、炭素繊維を含む多孔体を用いることが好ましく、さらには、電解質膜の厚み方向の寸法変化を吸収する特性、すなわち「ばね性」に優れることから、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着してなる基材、すなわち「カーボンペーパー」を用いることが好ましい。本発明において、炭素繊維抄紙体を炭化物で結着してなる基材は、通常、後述するように、炭素繊維の抄紙体に樹脂を含浸し炭素化することにより得られる。 In the present invention, the electrode base material has a high gas diffusibility for diffusing the gas supplied from the separator to the catalyst, and a high drainage property for discharging the water generated along with the electrochemical reaction to the separator. High conductivity is required to extract current. For this reason, it is preferable to use a porous body having conductivity and an average pore diameter of 10 to 100 μm. More specifically, for example, it is preferable to use a porous body containing carbon fibers such as a carbon fiber woven fabric, a carbon fiber papermaking body, and a carbon fiber nonwoven fabric, a porous metal body such as a fired sintered metal, a metal mesh, and an expanded metal. Among them, it is preferable to use a porous body containing carbon fiber because of its excellent corrosion resistance, and furthermore, because of its excellent property of absorbing dimensional change in the thickness direction of the electrolyte membrane, that is, “spring property”, carbon fiber. It is preferable to use a base material obtained by binding a paper body with a carbide, that is, “carbon paper”. In the present invention, a substrate formed by binding a carbon fiber papermaking body with a carbide is usually obtained by impregnating a carbon fiber papermaking body with a resin and carbonizing it, as will be described later.
炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられる。なかでも、機械強度に優れることから、PAN系、ピッチ系炭素繊維が本発明において好ましく用いられる。 Examples of the carbon fiber include polyacrylonitrile (PAN) -based, pitch-based, and rayon-based carbon fibers. Of these, PAN-based and pitch-based carbon fibers are preferably used in the present invention because of excellent mechanical strength.
本発明における炭素繊維は、単繊維の平均直径が3〜20μmの範囲内であることが好ましく、5〜10μmの範囲内であることがより好ましい。平均直径が3μm以上であると、細孔径が大きくなり排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。一方、平均直径が20μm以下であると、水蒸気拡散性が小さくなり、ドライアップを抑制することができる。また、異なる平均直径を有する2種類以上の炭素繊維を用いると、電極基材の表面平滑性を向上できるために好ましい。 In the carbon fiber of the present invention, the average diameter of the single fibers is preferably in the range of 3 to 20 μm, and more preferably in the range of 5 to 10 μm. When the average diameter is 3 μm or more, the pore diameter is increased, drainage is improved, and flooding can be suppressed. On the other hand, when the average diameter is 20 μm or less, the water vapor diffusibility becomes small, and dry-up can be suppressed. Moreover, it is preferable to use two or more types of carbon fibers having different average diameters because the surface smoothness of the electrode substrate can be improved.
ここで、炭素繊維における単繊維の平均直径は、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、炭素繊維を1000倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる30本の単繊維を選び、その直径を計測し、その平均値を求めたものである。走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、あるいはその同等品を用いることができる。 Here, the average diameter of the single fiber in the carbon fiber is taken with a microscope such as a scanning electron microscope, the carbon fiber is magnified 1000 times or more, and 30 different single fibers are randomly selected. The diameter was measured and the average value was obtained. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent thereof can be used.
本発明における炭素繊維は、単繊維の平均長さが3〜20mmの範囲内にあることが好ましく、5〜15mmの範囲内にあることがより好ましい。平均長さが3mm以上であると、電極基材が機械強度、導電性、熱伝導性が優れたものとなり好ましい。一方、平均長さが20mm以下であると、抄紙の際の炭素繊維の分散性が優れ、均質な電極基材が得られるために好ましい。かかる平均長さを有する炭素繊維は、連続した炭素繊維を所望の長さにカットする方法などにより得られる。 In the carbon fiber of the present invention, the average length of single fibers is preferably in the range of 3 to 20 mm, and more preferably in the range of 5 to 15 mm. When the average length is 3 mm or more, the electrode base material is preferable because it has excellent mechanical strength, electrical conductivity, and thermal conductivity. On the other hand, when the average length is 20 mm or less, the dispersibility of carbon fibers during papermaking is excellent, and a homogeneous electrode substrate is obtained, which is preferable. Carbon fibers having such an average length can be obtained by a method of cutting continuous carbon fibers into a desired length.
ここで、炭素繊維の平均長さは、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、炭素繊維を50倍以上に拡大して写真撮影を行い、無作為に異なる30本の単繊維を選び、その長さを計測し、その平均値を求めたものである。走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、あるいはその同等品を用いることができる。なお、炭素繊維における単繊維の平均直径や平均長さは、通常、原料となる炭素繊維についてその炭素繊維を直接観察して測定されるが、電極基材を観察して測定しても良い。 Here, the average length of the carbon fiber is taken with a microscope such as a scanning electron microscope, the carbon fiber is magnified 50 times or more, and 30 different single fibers are selected at random. Is measured and the average value is obtained. As a scanning electron microscope, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent thereof can be used. In addition, although the average diameter and average length of the single fiber in carbon fiber are normally measured by observing the carbon fiber directly about the carbon fiber used as a raw material, you may observe and measure an electrode base material.
本発明において、電極基材の密度が0.2〜0.4g/cm3の範囲内であることが好ましく、0.22〜0.35g/cm3の範囲内であることがより好ましく、さらには0.24〜0.3g/cm3の範囲内であることが好ましい。密度が0.2g/cm3以上であると、水蒸気拡散性が小さく、ドライアップを抑制することができる。また、電極基材の機械特性が向上し、電解質膜、触媒層を十分に支えることができる。加えて、導電性が高く、高温、低温のいずれにおいても発電性能が向上する。一方、密度が0.4g/cm3以下であると、排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。かかる密度を有する電極基材は、後述する製法において、予備含浸体における炭素繊維目付、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量、および、電極基材の厚さを制御することにより得られる。なお、本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に、樹脂組成物を含浸したものを「予備含浸体」と記載する。なかでも、予備含浸体における炭素繊維目付、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量を制御することが有効である。ここで、予備含浸体の炭素繊維目付を小さくすることにより低密度の基材が得られ、炭素繊維目付を大きくすることにより高密度の基材が得られる。また、炭素繊維に対する樹脂成分の配合量を小さくすることにより低密度の基材が得られ、樹脂成分の配合量を大きくすることにより高密度の基材が得られる。また、電極基材の厚さを大きくすることにより低密度の基材が得られ、厚さを小さくすることにより高密度の基材が得られる。In the present invention, it is preferable that the density of the electrode substrate is in the range of 0.2-0.4 g / cm 3, more preferably in the range of 0.22~0.35g / cm 3, further Is preferably in the range of 0.24 to 0.3 g / cm 3 . When the density is 0.2 g / cm 3 or more, the water vapor diffusibility is small, and dry-up can be suppressed. Further, the mechanical properties of the electrode substrate are improved, and the electrolyte membrane and the catalyst layer can be sufficiently supported. In addition, the conductivity is high, and the power generation performance is improved at both high and low temperatures. On the other hand, when the density is 0.4 g / cm 3 or less, drainage is improved and flooding can be suppressed. The electrode base material having such a density can be obtained by controlling the carbon fiber basis weight in the pre-impregnated body, the blending amount of the resin component with respect to the carbon fiber, and the thickness of the electrode base material in the production method described later. In the present invention, a paper body containing carbon fibers impregnated with a resin composition is referred to as a “pre-impregnated body”. In particular, it is effective to control the carbon fiber basis weight in the pre-impregnated body and the blending amount of the resin component to the carbon fiber. Here, a low-density substrate is obtained by reducing the carbon fiber basis weight of the pre-impregnated body, and a high-density substrate is obtained by increasing the carbon fiber basis weight. Moreover, a low density base material is obtained by reducing the compounding quantity of the resin component with respect to carbon fiber, and a high density base material is obtained by increasing the compounding quantity of the resin component. Moreover, a low density base material is obtained by increasing the thickness of the electrode base material, and a high density base material is obtained by reducing the thickness.
ここで、電極基材の密度は、電子天秤を用いて秤量した電極基材の目付(単位面積当たりの質量)を、面圧0.15MPaで加圧した際の電極基材の厚みで除して求めることができる。 Here, the density of the electrode base material is obtained by dividing the basis weight (mass per unit area) of the electrode base material weighed using an electronic balance by the thickness of the electrode base material when pressed with a surface pressure of 0.15 MPa. Can be obtained.
本発明において、電極基材の細孔径が30〜80μmの範囲内であることが好ましく、40〜75μmの範囲内であることがより好ましく、さらには50〜70μmの範囲内であることが好ましい。細孔径が30μm以上であると、排水性が向上し、フラッディングを抑制することができる。細孔径が80μm以下であると、導電性が高く、高温、低温のいずれにおいても発電性能が向上する。かかる細孔径の範囲に設計するには、単繊維の平均直径が3μm以上8μm以下である炭素繊維と、単繊維の平均直径が8μmを越える炭素繊維の両方を含むことが有効である。 In the present invention, the pore diameter of the electrode substrate is preferably in the range of 30 to 80 μm, more preferably in the range of 40 to 75 μm, and further preferably in the range of 50 to 70 μm. When the pore diameter is 30 μm or more, drainage can be improved and flooding can be suppressed. When the pore diameter is 80 μm or less, the conductivity is high, and the power generation performance is improved at both high and low temperatures. In order to design within such a pore diameter range, it is effective to include both carbon fibers having an average single fiber diameter of 3 μm to 8 μm and carbon fibers having an average single fiber diameter exceeding 8 μm.
ここで、電極基材の細孔径は、水銀圧入法により、測定圧力6kPa〜414MPa(細孔径30nm〜400μm)の範囲で測定して得られる細孔径分布のピーク径を求めたものである。なお、複数のピークが現れる場合は、最も高いピークのピーク径を採用する。測定装置としては、島津製作所社製オートポア9520、あるいはその同等品を用いることができる。 Here, the pore diameter of the electrode substrate is obtained by determining the peak diameter of the pore diameter distribution obtained by measuring in the measurement pressure range of 6 kPa to 414 MPa (pore diameter 30 nm to 400 μm) by mercury porosimetry. When a plurality of peaks appear, the peak diameter of the highest peak is adopted. As a measuring device, Autopore 9520 manufactured by Shimadzu Corporation or an equivalent product thereof can be used.
本発明において、電極基材の厚さは60〜200μmであることが好ましい。より好ましくは70〜160μmであり、さらに好ましくは80〜110μmである。電極基材の厚みが60μm以上であると、機械強度が高くなりハンドリングが容易となる。200μm以下であると、電極基材の断面積が小さくなり、セパレータ流路の液水を流すガス量が多くなるため、プラッギングを抑制することができる。また、排水のためのパスが短くなり、フラッディングを抑制することができる。 In this invention, it is preferable that the thickness of an electrode base material is 60-200 micrometers. More preferably, it is 70-160 micrometers, More preferably, it is 80-110 micrometers. When the thickness of the electrode substrate is 60 μm or more, the mechanical strength becomes high and handling becomes easy. When the thickness is 200 μm or less, the cross-sectional area of the electrode base material is reduced, and the amount of gas through which the liquid water flows in the separator channel increases, so that plugging can be suppressed. Further, the path for draining is shortened, and flooding can be suppressed.
ここで、電極基材の厚さは、面圧0.15MPaで加圧した状態で、マイクロメーターを用いて求めることができる。 Here, the thickness of the electrode base material can be determined using a micrometer in a state where the surface pressure is 0.15 MPa.
次に、本発明の構成要素であるマイクロポーラス部[A]、[B]について説明する。 Next, the microporous parts [A] and [B], which are constituent elements of the present invention, will be described.
マイクロポーラス部[A]および[B]は、図11のように、電極基材の両側にそれぞれ設けられる。本発明では、電極基材の全面がマイクロポーラス部によって覆われる必要はない。つまり、図13や図14に示すように、電極基材の表面の少なくとも一部がマイクロポーラス部で覆われていれば良い。ここで、マイクロポーラス部とは、内部に孔を有する多孔質体を指す。図13や図14では、このようなマイクロポーラス部が電極基材の表面に多数設けられることによって、マイクロポーラス部[A]が形成されている。もちろん、マイクロポーラス部[B]も、後述の面積率の数値範囲を満足する限り、図13や図14のような態様を採っても良い。 The microporous portions [A] and [B] are respectively provided on both sides of the electrode base material as shown in FIG. In the present invention, it is not necessary that the entire surface of the electrode substrate is covered with the microporous portion. That is, as shown in FIGS. 13 and 14, at least a part of the surface of the electrode substrate may be covered with the microporous portion. Here, the microporous portion refers to a porous body having pores therein. In FIG. 13 and FIG. 14, the microporous portion [A] is formed by providing a large number of such microporous portions on the surface of the electrode base material. Of course, as long as the microporous portion [B] satisfies the numerical range of the area ratio to be described later, the microporous portion [B] may take an embodiment as shown in FIGS.
マイクロポーラス部[A]は、その面積率が5〜70%の範囲内、マイクロポーラス部[B]は、その面積率が80〜100%の範囲内である必要がある。ここで、面積率とは、ガス拡散電極基材の片表面における、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)を指し、次式により算出する。
面積率(%)=マイクロポーラス部で覆われている面積/電極基材の面積×100
ここで面積率は、例えば、次の手順にしたがって求めることができる。The area ratio of the microporous portion [A] needs to be within a range of 5 to 70%, and the area ratio of the microporous portion [B] needs to be within a range of 80 to 100%. Here, the area ratio refers to the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode base material on one surface of the gas diffusion electrode base material, and is calculated by the following equation.
Area ratio (%) = area covered with microporous portion / area of electrode substrate × 100
Here, the area ratio can be obtained, for example, according to the following procedure.
まず、ガス拡散電極基材の片表面をデジタルカメラ、デジタルマイクロスコープなどで写真撮影を行い、画像を得る。ここで、デジタルマイクロスコープとしては、キーエンス(株)製デジタルHDマイクロスコープVH−7000、あるいはその同等品を用いることができる。ガス拡散電極基材から無作為に異なる10箇所を選び、各々3cm×3cm程度の範囲で写真撮影を行うことが好ましい。次に、得られた画像を用い、マイクロポーラス部で覆われている部分と、マイクロポーラス部で覆われていない部分とに二値化する。二値化の方法は様々あり、マイクロポーラス部で覆われている部分とマイクロポーラス部で覆われていない部分とを明確に判別できる場合は目視にて判別する方法を採用しても良いが、本発明においては画像処理ソフトなどを用いる方法を採用することが好ましい。ここで、画像処理ソフトとしては、Adobe System社製Adobe Photoshop(登録商標)を用いることができる。それぞれの画像で、電極基材の面積(マイクロポーラス部で覆われている部分と、マイクロポーラス部で覆われていない部分の面積の和)に対するマイクロポーラス部で覆われた面積の割合(%)を算出し、その平均値を求める。 First, the surface of one side of the gas diffusion electrode substrate is photographed with a digital camera, a digital microscope or the like to obtain an image. Here, as a digital microscope, a digital HD microscope VH-7000 manufactured by Keyence Corporation or an equivalent thereof can be used. It is preferable to select 10 different places from the gas diffusion electrode base material at random, and take a photograph in a range of about 3 cm × 3 cm. Next, the obtained image is binarized into a portion covered with the microporous portion and a portion not covered with the microporous portion. There are various methods of binarization, and when the part covered with the microporous part and the part not covered with the microporous part can be clearly discriminated, a method of visually discriminating may be adopted, In the present invention, it is preferable to employ a method using image processing software or the like. Here, Adobe Photoshop (registered trademark) manufactured by Adobe System can be used as the image processing software. In each image, the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate (the sum of the areas covered with the microporous portion and the portion not covered with the microporous portion) Is calculated and the average value is obtained.
一方、ガス拡散電極基材を用いて、膜電極接合体などの状態にした後に測定する場合は、面積率は次の手順にしたがって求めることができる。まず、走査型電子顕微鏡などの顕微鏡で、ガス拡散電極基材断面から無作為に異なる100箇所を選び、各々40倍程度で拡大して写真撮影を行い、画像を得る。ここで、走査型電子顕微鏡としては、(株)日立製作所製S−4800、あるいは同等品を用いることができる。次に、得られた画像を用い、それぞれの画像で、マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の各々に対して、電極基材表面がマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)を計測し、その平均値を求める。 On the other hand, when measuring after making it a state of a membrane electrode assembly etc. using a gas diffusion electrode base material, an area ratio can be calculated according to the following procedure. First, with a microscope such as a scanning electron microscope, 100 different locations are selected at random from the cross section of the gas diffusion electrode substrate, and each image is magnified at a magnification of about 40 times to obtain an image. Here, S-4800 manufactured by Hitachi, Ltd. or an equivalent product can be used as the scanning electron microscope. Next, using the obtained images, the ratio of the area in which the surface of the electrode substrate is covered with the microporous portion with respect to each of the microporous portion [A] and the microporous portion [B] in each image. (%) Is measured and the average value is obtained.
マイクロポーラス部[A]は、その面積率が5〜70%であることにより、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングを抑制することができる。同時に、その面積率が小さいため、面直ガス拡散、排水を阻害しないようにでき、耐フラッディング性を大幅に改善できる。マイクロポーラス部[A]の面積率は10〜60%であることがより好ましく、20〜40%であるとさらに好ましい。マイクロポーラス部[A]の面積率が70%以下であると、マイクロポーラス部[A]が電極基材の表面を覆う割合が高すぎず、面直ガス拡散性と排水性が確保され、フラッディングが抑制できる。マイクロポーラス部[A]の面積率が5%以上であると、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングが抑制できるとともに、生成水の逆拡散が促進されるためドライアップも抑制される。 When the microporous portion [A] has an area ratio of 5 to 70%, liquid water is less likely to stay in the flow path, and plugging can be suppressed. At the same time, since the area ratio is small, it is possible to prevent obstructing the direct gas diffusion and drainage, and greatly improve the flooding resistance. The area ratio of the microporous portion [A] is more preferably 10 to 60%, and further preferably 20 to 40%. When the area ratio of the microporous portion [A] is 70% or less, the ratio of the microporous portion [A] covering the surface of the electrode base material is not too high, and surface gas diffusion and drainage are ensured, and flooding is performed. Can be suppressed. When the area ratio of the microporous portion [A] is 5% or more, liquid water does not easily stay in the flow path, plugging can be suppressed, and back-up of generated water is promoted, so that dry-up is also suppressed. .
マイクロポーラス部[B]は、その面積率が80〜100%であることにより、生成水の逆拡散を促進できるためドライアップを抑制できる。また、ガス拡散電極基材を用いて膜電極接合体を構成し、さらに当該膜電極接合体を用いて燃料電池を構成した際に、ガス拡散電極基材と触媒層もしくはセパレータとの間の接触面積が大きくなり、接触電気抵抗を低減することができる。マイクロポーラス部[B]によって、電極基材の表面凹凸が覆われ平滑となるためである。 Since the area ratio of the microporous portion [B] is 80 to 100%, it is possible to promote the reverse diffusion of the generated water, so that the dry-up can be suppressed. In addition, when a membrane electrode assembly is configured using the gas diffusion electrode substrate, and further a fuel cell is configured using the membrane electrode assembly, the contact between the gas diffusion electrode substrate and the catalyst layer or the separator The area is increased, and the contact electrical resistance can be reduced. This is because the surface irregularities of the electrode base material are covered and smoothed by the microporous portion [B].
マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]は、炭素質粉末と疎水性樹脂を用いてなることが好ましい。換言すれば、マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]を構成するマイクロポーラス部は、炭素質粉末と疎水性樹脂を用いてなることが好ましい。炭素質粉末としては例えばカーボンブラック、黒鉛粉、カーボンナノファイバー、炭素繊維ミルドファイバーなどが挙げられる。そのなかでも、取り扱いのしやすさからカーボンブラックを用いるのが好ましい。カーボンブラックの分類にはファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラックなどが含まれる。疎水性樹脂としては、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂(PCTFE)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン樹脂(PVDF)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレンとパーフルオロプロピルビニルエーテルの共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体(ETFE)などのフッ素樹脂が挙げられる。 The microporous part [A] and the microporous part [B] are preferably made of carbonaceous powder and a hydrophobic resin. In other words, the microporous portion constituting the microporous portion [A] and the microporous portion [B] is preferably made of carbonaceous powder and a hydrophobic resin. Examples of the carbonaceous powder include carbon black, graphite powder, carbon nanofiber, and carbon fiber milled fiber. Among them, it is preferable to use carbon black because it is easy to handle. The classification of carbon black includes furnace black, channel black, acetylene black, thermal black and the like. Examples of hydrophobic resins include polychlorotrifluoroethylene resin (PCTFE), polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polyvinylidene fluoride resin (PVDF), a copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene (FEP), and tetrafluoro. Examples thereof include fluorine resins such as a copolymer of ethylene and perfluoropropyl vinyl ether (PFA) and a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene (ETFE).
マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B](ならびに、それらを構成するマイクロポーラス部)は、炭素質粉末100質量部に対して、疎水性樹脂が1〜70質量部配合されることが好ましく、5〜60質量部配合されることがより好ましい。疎水性樹脂の配合量が1質量部以上であると、マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]が機械強度の優れたものとなり好ましい。一方、70質量部以下であるとマイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。 The microporous part [A] and the microporous part [B] (and the microporous part constituting them) may contain 1 to 70 parts by mass of a hydrophobic resin per 100 parts by mass of the carbonaceous powder. Preferably, 5 to 60 parts by mass is blended. When the blending amount of the hydrophobic resin is 1 part by mass or more, the microporous part [A] and the microporous part [B] are preferable because they have excellent mechanical strength. On the other hand, when it is 70 parts by mass or less, the microporous part [A] and the microporous part [B] are preferable because they have excellent conductivity and thermal conductivity.
マイクロポーラス部[A]の厚さは1〜20μmの範囲内であることが好ましく、8〜16μmであることがより好ましい。1μm以上であると、マイクロポーラス部[A]の表面が平滑となり、燃料電池のガス拡散電極基材としてマイクロポーラス部[A]をセパレータ側に向けて使用した際に、セパレータとガス拡散電極基材との接触電気抵抗の低減が可能となる。また、20μm以下であると、マイクロポーラス部[A]の電気抵抗を小さくできるため好ましい。マイクロポーラス部[B]は厚さが1〜50μmであることが好ましく、10〜30μmであることがさらに好ましい。1μm以上であることで、生成水の逆拡散の促進が顕著となり、さらには、マイクロポーラス部[A]の表面が平滑となり、燃料電池のガス拡散電極基材としてマイクロポーラス部[B]を触媒層側に向けて使用した際に、触媒層とガス拡散電極基材との接触電気抵抗の低減が可能となる。50μm以下であることで、マイクロポーラス部[B]の電気抵抗を小さく抑えられるようになるため好ましい。 The thickness of the microporous part [A] is preferably in the range of 1 to 20 μm, more preferably 8 to 16 μm. When the thickness is 1 μm or more, the surface of the microporous portion [A] becomes smooth, and when the microporous portion [A] is used facing the separator as a gas diffusion electrode base material of a fuel cell, the separator and the gas diffusion electrode base The contact electrical resistance with the material can be reduced. Moreover, it is preferable for it to be 20 μm or less because the electrical resistance of the microporous portion [A] can be reduced. The microporous portion [B] preferably has a thickness of 1 to 50 μm, and more preferably 10 to 30 μm. When the thickness is 1 μm or more, the promotion of the reverse diffusion of generated water becomes remarkable, and the surface of the microporous portion [A] becomes smooth, and the microporous portion [B] is used as a catalyst for the gas diffusion electrode substrate of the fuel cell. When used toward the layer side, the contact electrical resistance between the catalyst layer and the gas diffusion electrode substrate can be reduced. It is preferable for the thickness to be 50 μm or less because the electrical resistance of the microporous portion [B] can be kept small.
マイクロポーラス部[A]は、マイクロポーラス部[B]と同じ組成のものを用いても良いし、別の組成にしても良い。マイクロポーラス部[A]を別の組成にする場合、具体的には、カーボンブラックの粒子径をマイクロポーラス部[B]のものよりも小さくしたり、疎水性樹脂の配合量を多くしたり、熱硬化性樹脂を加えるなどして、マイクロポーラス部[A]をマイクロポーラス部[B]よりも緻密にすることが好ましい。具体的には、マイクロポーラス[A]の空隙率をマイクロポーラス部[B]よりも小さくすることが好ましい。これにより、マイクロポーラス部[A]の面積率を小さくしても、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングを抑制するとともに、電極基材からの排水を阻害しないようにでき、耐フラッディング性を改善することができる。 The microporous portion [A] may have the same composition as the microporous portion [B] or may have a different composition. When the microporous part [A] has a different composition, specifically, the particle size of the carbon black is made smaller than that of the microporous part [B], the blending amount of the hydrophobic resin is increased, It is preferable to make the microporous portion [A] denser than the microporous portion [B] by adding a thermosetting resin. Specifically, it is preferable to make the porosity of the microporous [A] smaller than the microporous part [B]. As a result, even if the area ratio of the microporous portion [A] is reduced, liquid water is less likely to stay in the flow path, and it is possible to suppress plugging and to prevent drainage from the electrode base material. Can improve sex.
以下、図面を参照しながら、本発明におけるマイクロポーラス部[A]の好ましい態様を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, preferred embodiments of the microporous portion [A] in the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.
本発明の一つの態様では、マイクロポーラス部[A]はパターンを形成している。本発明において、パターン様もしくはパターンとは一定周期で繰り返される模様のことである。100cm2以下の面積の中に繰り返し周期があることが好ましく、10cm2以下の面積の中に繰り返し周期があることがより好ましい。周期が小さいことで、導電性や排水性などの面内の性能ばらつきを小さくすることができる。ガス拡散電極基材を複数枚作成した場合は、シート間で比較して周期の有無を確認してもよいものとする。パターンとしては、格子、ストライプ、同心円、島状などがあり、例えば図1〜11に示すようなものが挙げられる(図1〜11において、黒色の部分はマイクロポーラス部が設けられて部分を示し、白色の部分はマイクロポーラス部が設けられていない部分を示す)。また、セパレータの流路が図3の白色部分のようなパターンであるとき、マイクロポーラス部[A]は図3の黒色部分のような、セパレータのリブ部分に対応するパターンであることが好ましい。リブ部分に対応するようなパターンを有するマイクロポーラス部[A]が、電極基材上に配置されることで、流路から隣の流路へのパスカットの効果を大きくすることができ、耐プラッギング性が向上する。
また、本発明の他の態様では、マイクロポーラス部[A]はランダムな形状を有している。
In one aspect of the present invention, the microporous portion [A] is that form a pattern. In the present invention, a pattern or pattern is a pattern that is repeated at a constant period. It is preferable that there is a repetition period in an area of 100 cm 2 or less, and it is more preferable that there is a repetition period in an area of 10 cm 2 or less. Since the period is small, in-plane performance variations such as conductivity and drainage can be reduced. When a plurality of gas diffusion electrode base materials are prepared, the presence or absence of a period may be confirmed by comparing between sheets. Examples of patterns include lattices, stripes, concentric circles, islands, and the like, for example, as shown in FIGS. 1 to 11 (in FIGS. 1 to 11, black portions indicate portions where microporous portions are provided. The white portion indicates a portion where no microporous portion is provided). Moreover, when the flow path of a separator is a pattern like the white part of FIG. 3, it is preferable that a microporous part [A] is a pattern corresponding to the rib part of a separator like the black part of FIG. By arranging the microporous portion [A] having a pattern corresponding to the rib portion on the electrode base material, it is possible to increase the effect of the path cut from the flow channel to the adjacent flow channel. The plugging property is improved.
In another aspect of the present invention, the microporous portion [A] has a random shape.
マイクロポーラス部[A]は平均線幅0.1〜5mmの線状のマイクロポーラス部の集合体からなることが好ましく、0.1〜2mmの線状のマイクロポーラス部の集合体からなることがより好ましく、さらには0.1〜1mmの線状のマイクロポーラス部の集合体からなることが好ましい。本発明において、線とは幅が0.1mm以上でアスペクト比が2以上のものを指す。ここで、アスペクト比とは、線の長さ(mm)と幅(mm)の比([線の長さ]/[線の幅])を言う。マイクロポーラス部[A]として、平均線幅0.1〜5mmの線状のマイクロポーラス部の集合体を用いることで、プラッギング抑制効果の面内ばらつきを小さくすることができる。線幅が0.1mm以上であると、流路で液水が滞留しにくくなり、プラッギングを抑制する効果が高くなる。平均線幅が5mm以下であると、面内の導電性や排水性のばらつきを小さくすることができる。線の集合体のなかでも、格子状もしくはストライプ状であることが好ましい。本発明において、「格子」とは線の集合体であって、線が交差している部分(交点)を有する模様のことを指し、「ストライプ」とは線の集合体で線が互いに交わらない模様のことを指す。格子の中でも、線が直線であり、かつ、交差角度が90度であるものが、ガス拡散電極基材の面内の性能のばらつきを小さく抑えることができるため特に好ましい。また、交点の数が1cm2あたり10個以上の場合は、前記ばらつきを大きく低減できるためさらに好ましい。ストライプの中でも、線が直線であるものが、ガス拡散電極基材の面内の性能のばらつきを小さく抑えることができるため特に好ましい。The microporous portion [A] is preferably composed of an assembly of linear microporous portions having an average line width of 0.1 to 5 mm, and is preferably composed of an assembly of linear microporous portions of 0.1 to 2 mm. More preferably, it is preferably composed of an assembly of linear microporous portions of 0.1 to 1 mm. In the present invention, the line refers to a line having a width of 0.1 mm or more and an aspect ratio of 2 or more. Here, the aspect ratio refers to a ratio of line length (mm) to width (mm) ([line length] / [line width]). By using an aggregate of linear microporous portions having an average line width of 0.1 to 5 mm as the microporous portion [A], in-plane variation of the plugging suppression effect can be reduced. When the line width is 0.1 mm or more, liquid water hardly stays in the flow path, and the effect of suppressing plugging is enhanced. When the average line width is 5 mm or less, the in-plane conductivity and drainage variation can be reduced. Among the aggregate of lines, a lattice shape or a stripe shape is preferable. In the present invention, a “lattice” is a collection of lines and refers to a pattern having a portion (intersection) where the lines intersect, and a “stripe” is a collection of lines and the lines do not cross each other. Refers to the pattern. Among the lattices, those in which the lines are straight and the crossing angle is 90 degrees are particularly preferable because the in-plane performance variation of the gas diffusion electrode substrate can be suppressed to be small. Moreover, when the number of intersections is 10 or more per 1 cm 2 , the variation can be greatly reduced, which is more preferable. Among the stripes, a straight line is particularly preferable because it can suppress in-plane performance variations of the gas diffusion electrode substrate.
つまり、本発明では、マイクロポーラス部[A]は、電極基材上において、マイクロポーラス部のパターンを形成していることが好ましく、当該パターンの形状は、上述した格子状やストライプ状であることが特に好ましい。 That is, in the present invention, the microporous portion [A] preferably forms a pattern of the microporous portion on the electrode substrate, and the shape of the pattern is the above-described lattice shape or stripe shape. Is particularly preferred.
次に、本発明のガス拡散電極基材を得るに好適な方法について具体的に説明する。 Next, a method suitable for obtaining the gas diffusion electrode substrate of the present invention will be specifically described.
<抄紙体、および抄紙体の製造方法>
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体を得るためには、炭素繊維を液中に分散させて製造する湿式抄紙法や、空気中に分散させて製造する乾式抄糸法などが用いられる。なかでも、生産性が優れることから、湿式抄紙法が好ましく用いられる。<Paper making body and method for producing paper making body>
In the present invention, in order to obtain a papermaking body containing carbon fibers, a wet papermaking method in which carbon fibers are dispersed in a liquid and a dry yarn making method in which the fibers are dispersed in air are used. Of these, the wet papermaking method is preferably used because of its excellent productivity.
本発明において、電極基材の排水性、ガス拡散性を向上する目的で、炭素繊維に有機繊維を混合して抄紙することができる。有機繊維としては、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維、ポリアセタール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、レーヨン繊維、アセテート繊維などを用いることができる。 In the present invention, for the purpose of improving the drainage and gas diffusibility of the electrode substrate, paper can be made by mixing carbon fibers with organic fibers. As the organic fiber, polyethylene fiber, vinylon fiber, polyacetal fiber, polyester fiber, polyamide fiber, rayon fiber, acetate fiber, or the like can be used.
また、本発明において、抄紙体の形態保持性、ハンドリング性を向上する目的で、バインダーとして有機高分子を含むことができる。ここで、有機高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、セルロースなどを用いることができる。 In the present invention, an organic polymer can be included as a binder for the purpose of improving the form retainability and handling of the papermaking body. Here, as the organic polymer, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyacrylonitrile, cellulose or the like can be used.
本発明における抄紙体は、面内の導電性、熱伝導性を等方的に保つという目的で、炭素繊維が二次元平面内にランダムに分散したシート状であることが好ましい。 The paper body in the present invention is preferably in the form of a sheet in which carbon fibers are randomly dispersed in a two-dimensional plane for the purpose of maintaining in-plane conductivity and thermal conductivity isotropic.
抄紙体で得られる細孔径分布は、炭素繊維の含有率や分散状態に影響を受けるものの、概ね20〜500μm程度の大きさに形成することができる。 The pore size distribution obtained from the papermaking body can be formed to a size of about 20 to 500 μm, although it is affected by the carbon fiber content and dispersion state.
本発明において、抄紙体は、炭素繊維の目付が10〜60g/m2の範囲内にあることが好ましく、20〜50g/m2の範囲内にあることがより好ましい。炭素繊維の目付が10g/m2以上であると、電極基材が機械強度の優れたものとなり好ましい。60g/m2以下であると、電極基材がガス拡散性と排水性の優れたものとなり好ましい。なお、抄紙体を複数枚張り合わせる場合は、張り合わせ後の炭素繊維の目付が上記の範囲内にあることが好ましい。In the present invention, paper body is preferably the basis weight of the carbon fibers is in the range of 10 to 60 g / m 2, and more preferably in the range of 20 to 50 g / m 2. It is preferable that the basis weight of the carbon fiber is 10 g / m 2 or more because the electrode base material has excellent mechanical strength. It is preferable that it is 60 g / m 2 or less because the electrode base material has excellent gas diffusibility and drainage. In addition, when bonding a plurality of paper bodies, it is preferable that the basis weight of the carbon fibers after the bonding is in the above range.
ここで、電極基材における炭素繊維目付は、10cm四方に切り取った抄紙体を、窒素雰囲気下、温度450℃の電気炉内に15分間保持し、有機物を除去して得た残瑳の重量を、抄紙体の面積(0.1m2)で除して求めることができる。Here, the weight per unit area of the carbon fiber in the electrode base material is the weight of the residue obtained by removing the organic matter by holding the paper body cut to 10 cm square in an electric furnace at a temperature of 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere. , Divided by the area of the paper body (0.1 m 2 ).
<樹脂組成物の含浸>
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸する方法として、樹脂組成物を含む溶液中に抄紙体を浸漬する方法、樹脂組成物を含む溶液を抄紙体に塗布する方法、樹脂組成物からなるフィルムを抄紙体に重ねて転写する方法などが用いられる。なかでも、生産性が優れることから、樹脂組成物を含む溶液中に抄紙体を浸漬する方法が好ましく用いられる。<Impregnation of resin composition>
In the present invention, as a method of impregnating a paper composition containing carbon fibers with a resin composition, a method of immersing a papermaking article in a solution containing a resin composition, a method of applying a solution containing a resin composition to a papermaking article, a resin For example, a method of transferring a film made of the composition on a paper body is used. Especially, since productivity is excellent, the method of immersing a papermaking body in the solution containing a resin composition is used preferably.
本発明に用いる樹脂組成物は、焼成時に炭化して導電性の炭化物となるものが好ましい。樹脂組成物は、樹脂成分に溶媒などを必要に応じて添加したものをいう。ここで、樹脂成分とは、熱硬化性樹脂などの樹脂を含み、さらに、必要に応じて炭素系フィラー、界面活性剤などの添加物を含むものである。 The resin composition used in the present invention is preferably one that is carbonized upon firing to become a conductive carbide. A resin composition means what added the solvent etc. to the resin component as needed. Here, the resin component includes a resin such as a thermosetting resin, and further includes additives such as a carbon-based filler and a surfactant as necessary.
本発明において、より詳しくは、樹脂組成物に含まれる樹脂成分の炭化収率が40質量%以上であることが好ましい。炭化収率が40質量%以上であると、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性に優れたものとなり好ましい。 In the present invention, more specifically, the carbonization yield of the resin component contained in the resin composition is preferably 40% by mass or more. It is preferable that the carbonization yield is 40% by mass or more because the electrode base material has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity.
本発明において、樹脂成分を構成する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。なかでも、炭化収率が高いことから、フェノール樹脂が好ましく用いられる。また、樹脂成分に必要に応じて添加する添加物としては、電極基材の機械特性、導電性、熱伝導性を向上する目的で、炭素系フィラーを含むことができる。ここで、炭素系フィラーとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、炭素繊維のミルドファイバー、黒鉛などを用いることができる。 In the present invention, examples of the resin constituting the resin component include thermosetting resins such as phenol resin, epoxy resin, melamine resin, and furan resin. Of these, a phenol resin is preferably used because of its high carbonization yield. Moreover, as an additive added to a resin component as needed, a carbon-type filler can be included in order to improve the mechanical characteristics, electroconductivity, and thermal conductivity of an electrode base material. Here, as the carbon-based filler, carbon black, carbon nanotube, carbon nanofiber, milled fiber of carbon fiber, graphite, or the like can be used.
本発明にて用いられる樹脂組成物は、前述の構成により得られた樹脂成分をそのまま使用することもできるし、必要に応じて、抄紙体への含浸性を高める目的で、各種溶媒を含むことができる。ここで、溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを用いることができる。 The resin composition used in the present invention can use the resin component obtained by the above-described configuration as it is, and if necessary, contains various solvents for the purpose of improving the impregnation property to the papermaking body. Can do. Here, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, or the like can be used as the solvent.
本発明における樹脂組成物は、25℃、0.1MPaの状態で液状であることが好ましい。液状であると抄紙体への含浸性が優れ、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性に優れたものとなり好ましい。 The resin composition in the present invention is preferably in a liquid state at 25 ° C. and 0.1 MPa. When it is liquid, it is preferable because the paper body has excellent impregnation properties and the electrode base material has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity.
本発明において、炭素繊維100質量部に対して、樹脂成分を30〜400質量部含浸することが好ましく、50〜300質量部含浸することがより好ましい。樹脂成分の含浸量が30質量部以上であると、電極基材が機械特性、導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。一方、樹脂成分の含浸量が400質量部以下であると、電極基材がガス拡散性の優れたものとなり好ましい。 In this invention, it is preferable to impregnate a resin component 30-400 mass parts with respect to 100 mass parts of carbon fibers, and it is more preferable to impregnate 50-300 mass parts. When the impregnation amount of the resin component is 30 parts by mass or more, the electrode base material is preferable because it has excellent mechanical properties, electrical conductivity, and thermal conductivity. On the other hand, when the impregnation amount of the resin component is 400 parts by mass or less, the electrode base material is preferable because it has excellent gas diffusibility.
<貼り合わせ、熱処理>
本発明においては、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した予備含浸体を形成した後、炭素化を行うに先立って、予備含浸体の張り合わせや、熱処理を行うことができる。<Lamination and heat treatment>
In the present invention, after a pre-impregnated body impregnated with a resin composition is formed on a papermaking body containing carbon fibers, prior to carbonization, the pre-impregnated body can be bonded or heat-treated.
本発明において、電極基材を所定の厚みにする目的で、予備含浸体の複数枚を貼り合わせることができる。この場合、同一の性状を有する予備含浸体の複数枚を張り合わせることもできるし、異なる性状を有する予備含浸体の複数枚を貼り合わせることもできる。具体的には、炭素繊維の平均直径、平均長さ、抄紙体の炭素繊維目付、樹脂成分の含浸量などが異なる複数の予備含浸体を貼り合わせることもできる。 In the present invention, a plurality of pre-impregnated bodies can be bonded together for the purpose of setting the electrode substrate to a predetermined thickness. In this case, a plurality of pre-impregnated bodies having the same properties can be bonded together, or a plurality of pre-impregnated bodies having different properties can be bonded together. Specifically, a plurality of pre-impregnated bodies having different average diameters and average lengths of carbon fibers, carbon fiber basis weight of the papermaking body, impregnation amount of the resin component, and the like can be bonded together.
本発明において、樹脂組成物を増粘、部分的に架橋する目的で、予備含浸体を熱処理することができる。熱処理する方法としては、熱風を吹き付ける方法、プレス装置などの熱板にはさんで加熱する方法、連続ベルトにはさんで加熱する方法などを用いることができる。 In the present invention, the pre-impregnated body can be heat-treated for the purpose of thickening and partially cross-linking the resin composition. As a heat treatment method, a method of blowing hot air, a method of heating with a hot plate such as a press device, a method of heating with a continuous belt, or the like can be used.
<炭素化>
本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した後、炭素化するために、不活性雰囲気下で焼成を行う。かかる焼成は、バッチ式の加熱炉を用いることもできるし、連続式の加熱炉を用いることもできる。また、不活性雰囲気は、炉内に窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを流すことにより得ることができる。<Carbonization>
In the present invention, after impregnating the paper composition containing carbon fibers with the resin composition, firing is performed in an inert atmosphere in order to carbonize the paper composition. For this firing, a batch type heating furnace can be used, or a continuous type heating furnace can be used. The inert atmosphere can be obtained by flowing an inert gas such as nitrogen gas or argon gas in the furnace.
本発明において、焼成の最高温度が1300〜3000℃の範囲内であることが好ましく、1700〜3000℃の範囲内であることがより好ましく、さらには、1900〜3000℃の範囲内であることが好ましい。最高温度が1300℃以上であると、樹脂成分の炭素化が進み、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。一方、最高温度が3000℃以下であると、加熱炉の運転コストが低くなるために好ましい。 In the present invention, the maximum firing temperature is preferably in the range of 1300 to 3000 ° C, more preferably in the range of 1700 to 3000 ° C, and further in the range of 1900 to 3000 ° C. preferable. When the maximum temperature is 1300 ° C. or higher, the carbonization of the resin component proceeds, and the electrode base material is preferably excellent in conductivity and thermal conductivity. On the other hand, the maximum temperature of 3000 ° C. or lower is preferable because the operating cost of the heating furnace is reduced.
本発明において、焼成にあたっては、昇温速度が80〜5000℃/分の範囲内であることが好ましい。昇温速度が80℃以上であると、生産性が優れるために好ましい。一方、5000℃以下であると、樹脂成分の炭素化が緩やかに進み緻密な構造が形成されるため、電極基材が導電性、熱伝導性の優れたものとなり好ましい。 In the present invention, the firing rate is preferably in the range of 80 to 5000 ° C./min for firing. A temperature increase rate of 80 ° C. or higher is preferable because productivity is excellent. On the other hand, when the temperature is 5000 ° C. or lower, the carbonization of the resin component gradually proceeds and a dense structure is formed. Therefore, the electrode base material is preferably excellent in conductivity and thermal conductivity.
なお、本発明において、炭素繊維を含む抄紙体に樹脂組成物を含浸した後、炭素化したものを、「炭素繊維焼成体」と記載する。 In the present invention, the carbonized paper impregnated with a resin composition and then carbonized is referred to as a “carbon fiber fired body”.
<撥水加工>
本発明において、排水性を向上する目的で、炭素繊維焼成体に撥水加工を施すことが好ましい。撥水加工は、炭素繊維焼成体に疎水性樹脂を塗布、熱処理することにより行うことができる。疎水性樹脂の塗布量は、炭素繊維焼成体100質量部に対して1〜50質量部であることが好ましく、3〜40質量部であることがより好ましい。疎水性樹脂の塗布量が1質量部以上であると、電極基材が排水性に優れたものとなり好ましい。一方、50質量部以下であると、電極基材が導電性の優れたものとなり好ましい。<Water repellent finish>
In the present invention, the carbon fiber fired body is preferably subjected to water repellent treatment for the purpose of improving drainage. The water-repellent finish can be performed by applying a hydrophobic resin to the carbon fiber fired body and heat-treating it. The application amount of the hydrophobic resin is preferably 1 to 50 parts by mass, and more preferably 3 to 40 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber fired body. When the application amount of the hydrophobic resin is 1 part by mass or more, the electrode substrate is preferable because it has excellent drainage. On the other hand, when the amount is 50 parts by mass or less, the electrode base material is preferably excellent in conductivity.
なお、本発明において、炭素繊維焼成体は「電極基材」に当たる。上述のとおり、炭素繊維焼成体は、必要に応じて、撥水加工が施こされるが、本発明では、撥水加工が施こされた炭素繊維焼成体も「電極基材」に当たるものとする(撥水加工が施されない炭素繊維焼成体は、当然に「電極基材」に当たる)。 In the present invention, the carbon fiber fired body corresponds to an “electrode substrate”. As described above, the carbon fiber fired body is subjected to water-repellent finishing as necessary, but in the present invention, the carbon fiber fired body subjected to water-repellent finishing also corresponds to the “electrode substrate”. (A carbon fiber fired body that is not subjected to water repellent treatment naturally corresponds to an “electrode substrate”).
<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>
マイクロポーラス部[A]は、電極基材の片面に、上述した撥水加工で用いた疎水性樹脂と、炭素質粉末との混合物であるカーボン塗液[A]を塗布することによって形成し、マイクロポーラス部[B]は、電極基材のもう一方の片面に、上述した撥水加工で用いた疎水性樹脂と、炭素質粉末との混合物であるカーボン塗液[B]を塗布することによって形成することができる。カーボン塗液[A]とカーボン塗液[B]は同じ種類のものであっても、異なる種類のものであっても良い。<Formation of microporous part [A] and microporous part [B]>
The microporous portion [A] is formed by applying a carbon coating liquid [A], which is a mixture of the hydrophobic resin used in the above-described water-repellent processing and the carbonaceous powder, on one surface of the electrode substrate, The microporous part [B] is obtained by applying the carbon coating liquid [B], which is a mixture of the hydrophobic resin used in the above-described water-repellent processing and the carbonaceous powder, to the other side of the electrode substrate. Can be formed. The carbon coating solution [A] and the carbon coating solution [B] may be the same type or different types.
それにより、本発明のガス拡散電極基材は、マイクロポーラス部[A]、電極基材、マイクロポーラス部[B]が、この順番で配置されてなることになる。 Thereby, the gas diffusion electrode base material of the present invention includes the microporous part [A], the electrode base material, and the microporous part [B] arranged in this order.
カーボン塗液[A]およびカーボン塗液[B]は水や有機溶媒などの分散媒を含んでも良いし、界面活性剤などの分散助剤を含んでもよい。分散媒としては水が好ましく、分散助剤にはノニオン性の界面活性剤を用いるのがより好ましい。 The carbon coating solution [A] and the carbon coating solution [B] may contain a dispersion medium such as water or an organic solvent, or may contain a dispersion aid such as a surfactant. Water is preferable as the dispersion medium, and a nonionic surfactant is more preferably used as the dispersion aid.
カーボン塗液の電極基材への塗工は、市販されている各種の塗工装置を用いて行うことができる。塗工方式としては、スクリーン印刷、ロータリースクリーン印刷、スプレー噴霧、凹版印刷、グラビア印刷、ダイコーター塗工、バー塗工、ブレード塗工などが使用できるが、マイクロポーラス部[A]を形成するためのパターン塗工にはスクリーン印刷(ロータリースクリーン印刷を含む)やグラビア印刷が好ましい。つまり、本発明では、マイクロポーラス部[A]がスクリーン印刷またはグラビア印刷により形成されることが好ましい。なかでもスクリーン印刷は他の方法よりも電極基材にカーボン塗液[A]を多量に塗工でき、量の調整も行いやすいため好ましい。電極基材へカーボン塗液[A]をスクリーン印刷でパターン塗工を行う際は、スクリーン印刷版上に感光性塗料を塗工し、所望するパターン以外の部分を硬化させ、未硬化のパターン部分の樹脂を除去することでパターンを有するスクリーン印刷版を作製し塗工を行う。 The coating of the carbon coating liquid onto the electrode substrate can be performed using various commercially available coating apparatuses. As the coating method, screen printing, rotary screen printing, spray spraying, intaglio printing, gravure printing, die coater coating, bar coating, blade coating and the like can be used, but in order to form the microporous portion [A]. The pattern coating is preferably screen printing (including rotary screen printing) or gravure printing. That is, in the present invention, the microporous portion [A] is preferably formed by screen printing or gravure printing. Among these, screen printing is preferable because the carbon coating liquid [A] can be applied in a large amount to the electrode substrate and the amount can be easily adjusted as compared with other methods. When performing pattern coating of the carbon coating liquid [A] on the electrode substrate by screen printing, a photosensitive paint is applied on the screen printing plate, and a portion other than the desired pattern is cured, and an uncured pattern portion By removing the resin, a screen printing plate having a pattern is prepared and applied.
スクリーン印刷のなかでも電極基材にカーボン塗液[A]を連続的に塗工できることから、塗工方法としては、ロータリースクリーン印刷が好ましい。 Among the screen printing, the carbon coating liquid [A] can be continuously applied to the electrode base material, and therefore, the rotary screen printing is preferable as the coating method.
ロータリースクリーン版のメッシュ、開口率、口径、厚さは、用いるカーボン塗液[A]の粘度特性に合わせて、適宜選択される。 The mesh, aperture ratio, aperture, and thickness of the rotary screen plate are appropriately selected according to the viscosity characteristics of the carbon coating liquid [A] to be used.
ロータリースクリーン印刷では、印刷速度は0.5〜15m/minが好ましい。印刷速度が0.5m/min以上であることで、生産性が向上し、ガス拡散電極基材のコスト低減が可能となる。また、15m/min以下であることで、印刷精度が向上する。 In the rotary screen printing, the printing speed is preferably 0.5 to 15 m / min. When the printing speed is 0.5 m / min or more, the productivity is improved and the cost of the gas diffusion electrode substrate can be reduced. Further, the printing accuracy is improved by being 15 m / min or less.
一方、カーボン塗液[B]の塗工には、電極基材の表面粗さによらず塗工量の定量化を図ることができるため、ダイコーター塗工が好ましい。 On the other hand, in the coating of the carbon coating solution [B], a die coater coating is preferable because the coating amount can be quantified regardless of the surface roughness of the electrode substrate.
以上に例示した塗工方法はあくまでも例示のためであり、必ずしもこれらに限定されるものではない。 The coating methods exemplified above are only for illustrative purposes and are not necessarily limited to these.
マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の形成方法としては、電極基材の片面を所定のカーボン塗液で塗工して塗工物を得て、当該塗工物を、80〜120℃の温度で塗液を乾かす方法が好ましい。 As a method for forming the microporous portion [A] and the microporous portion [B], one surface of the electrode base material is coated with a predetermined carbon coating liquid to obtain a coated material, A method of drying the coating liquid at a temperature of 120 ° C. is preferred.
すなわち、塗工物を、80〜120℃の温度に設定した乾燥器に投入し、5〜30分の範囲で乾燥することが好ましい。乾燥風量は適宜決めればよいが、急激な乾燥は、表面の微小クラックを誘発する場合があるので望ましくない。乾燥後の塗工物は、マッフル炉や焼成炉または高温型の乾燥機に投入し、300〜380℃にて5〜20分間加熱して、疎水性樹脂を溶融し、炭素質粉末同士をバインダーとして、マイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]を形成することが好ましい。 That is, it is preferable that the coated material is put into a drier set at a temperature of 80 to 120 ° C. and dried for 5 to 30 minutes. The amount of drying air may be determined as appropriate, but rapid drying is undesirable because it may induce micro cracks on the surface. The dried coating is put into a muffle furnace, a baking furnace or a high-temperature dryer, heated at 300 to 380 ° C. for 5 to 20 minutes to melt the hydrophobic resin, and the carbonaceous powders are bonded to each other. It is preferable to form a microporous part [A] and a microporous part [B].
<膜電極接合体>
本発明の膜電極接合体は、電解質膜の両側に触媒層を有し、さらに当該触媒層の外側(両方の外側)にガス電極基材を有する膜接合体であって、当該ガス電極基材の少なくとも一方が、上述のガス電極基材である。本発明の膜電極接合体の構成例を図15に示す。このように、本発明において、前記したガス拡散電極基材を、両面に触媒層を有する固体高分子電解質膜の少なくとも片面に接合することで膜電極接合体を構成することができる。また、本発明の膜電極接合体において、触媒層の両外側に設けられるガス電極基材の両方が上述の本発明のガス電極基材であることが特に好ましい。<Membrane electrode assembly>
The membrane electrode assembly of the present invention is a membrane assembly having a catalyst layer on both sides of an electrolyte membrane and further having a gas electrode substrate on the outside (both outside) of the catalyst layer, the gas electrode substrate At least one of the above is the gas electrode substrate described above. A configuration example of the membrane electrode assembly of the present invention is shown in FIG. Thus, in this invention, a membrane electrode assembly can be comprised by joining the above-mentioned gas diffusion electrode base material to at least one side of the solid polymer electrolyte membrane which has a catalyst layer on both surfaces. Moreover, in the membrane electrode assembly of the present invention, it is particularly preferable that both of the gas electrode substrates provided on both outer sides of the catalyst layer are the above-described gas electrode substrate of the present invention.
また、本発明の膜電極接合体において、触媒層側にマイクロポーラス部[B]を配置する、つまり、マイクロポーラス部[B]が触媒層と接するように、膜電極接合体を構成することが好ましい。ガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[B]が触媒層に接する構成例を図16に示す。 Further, in the membrane electrode assembly of the present invention, the membrane electrode assembly may be configured such that the microporous portion [B] is disposed on the catalyst layer side, that is, the microporous portion [B] is in contact with the catalyst layer. preferable. FIG. 16 shows a configuration example in which the microporous portion [B] of the gas diffusion electrode substrate is in contact with the catalyst layer.
面積率が大きいマイクロポーラス部[B]が電解質膜側にあることで、より生成水の逆拡散が起こりやすくなるのに加え、面積率が小さいマイクロポーラス部[A]がセパレータ側に有ることで電極基材からの排水が阻害されずフラッディングを抑制できる。つまり、マイクロポーラス部[B]がセパレータ側にある場合はガス拡散電極基材からの排水性が低下するためマイクロポーラス部[A]をセパレータ側に配置することが好ましい。また、マイクロポーラス部の面積率が大きいマイクロポーラス部[B]が触媒層側に配置されることで、触媒層とガス拡散電極基材の接触面積が増大し、接触電気抵抗を低減することができる。 Since the microporous part [B] having a large area ratio is on the electrolyte membrane side, the reverse diffusion of generated water is more likely to occur, and the microporous part [A] having a small area ratio is on the separator side. Flooding can be suppressed without impeding drainage from the electrode substrate. That is, when the microporous part [B] is on the separator side, the drainage from the gas diffusion electrode base material is deteriorated, so the microporous part [A] is preferably arranged on the separator side. Further, the microporous part [B] having a large area ratio of the microporous part is arranged on the catalyst layer side, so that the contact area between the catalyst layer and the gas diffusion electrode substrate is increased, and the contact electrical resistance is reduced. it can.
また、本発明の膜電極接合体において、触媒層の両外側に設けられるガス拡散電極基材の両方が上述の本発明のガス拡散電極基材であることが好ましく、両方のガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[B]が共に触媒層に接していることが特に好ましい。 In the membrane electrode assembly of the present invention, it is preferable that both of the gas diffusion electrode substrates provided on both outer sides of the catalyst layer are the above-described gas diffusion electrode substrates of the present invention. It is particularly preferable that both of the microporous parts [B] are in contact with the catalyst layer.
<燃料電池>
本発明の燃料電池は、上述の膜接合体の両側にセパレータを有するものである(本発明の燃料電池の構成例を図16に示す)。すなわち、上述の膜電極接合体の両側にセパレータを有することで燃料電池を構成する。通常、かかる膜電極接合体の両側にガスケットを介してセパレータで挟んだものを複数個積層することによって固体高分子型燃料電池を構成する。触媒層は、固体高分子電解質と触媒担持炭素を含む層からなる。触媒としては、通常、白金が用いられる。アノード側に一酸化炭素を含む改質ガスが供給される燃料電池にあっては、アノード側の触媒としては白金およびルテニウムを用いるのが好ましい。固体高分子電解質は、プロトン伝導性、耐酸化性、耐熱性の高い、パーフルオロスルホン酸系の高分子材料を用いるのが好ましい。かかる燃料電池ユニットや燃料電池の構成自体は、よく知られているところである。<Fuel cell>
The fuel cell of the present invention has separators on both sides of the above-described membrane assembly (a configuration example of the fuel cell of the present invention is shown in FIG. 16). That is, a fuel cell is constituted by having separators on both sides of the membrane electrode assembly. Usually, a polymer electrolyte fuel cell is constructed by laminating a plurality of such membrane electrode assemblies on both sides sandwiched by a separator through a gasket. The catalyst layer is composed of a layer containing a solid polymer electrolyte and catalyst-supporting carbon. As the catalyst, platinum is usually used. In a fuel cell in which a reformed gas containing carbon monoxide is supplied to the anode side, it is preferable to use platinum and ruthenium as the catalyst on the anode side. As the solid polymer electrolyte, it is preferable to use a perfluorosulfonic acid polymer material having high proton conductivity, oxidation resistance, and heat resistance. Such a fuel cell unit and the configuration of the fuel cell itself are well known.
なお、本発明の燃料電池において、ガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[B]は触媒層に接していることが好ましい。 In the fuel cell of the present invention, the microporous portion [B] of the gas diffusion electrode substrate is preferably in contact with the catalyst layer.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。実施例で用いた電極基材、および、ガス拡散電極基材の作製方法、燃料電池の電池性能評価方法を次に示した。 Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. The electrode substrate used in the examples, the method for producing the gas diffusion electrode substrate, and the cell performance evaluation method for the fuel cell are shown below.
<電極基材の作製>
東レ(株)製ポリアクリルニトリル系炭素繊維“トレカ(登録商標)”T300(平均炭素繊維径:7μm)を平均長さ12mmにカットし、水中に分散させて湿式抄紙法により連続的に抄紙した。さらに、バインダーとしてポリビニルアルコールの10質量%水溶液を当該抄紙に塗布し、乾燥させ、炭素繊維目付15.5g/m2の抄紙体を作製した。ポリビニルアルコールの塗布量は、抄紙体100質量部に対して、22質量部であった。<Preparation of electrode substrate>
Polyacrylonitrile-based carbon fiber “Torayca (registered trademark)” T300 (average carbon fiber diameter: 7 μm) manufactured by Toray Industries, Inc. was cut to an average length of 12 mm, dispersed in water, and continuously made by wet paper making. . Further, a 10% by mass aqueous solution of polyvinyl alcohol as a binder was applied to the paper and dried to prepare a paper body having a carbon fiber basis weight of 15.5 g / m 2 . The coating amount of polyvinyl alcohol was 22 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the papermaking body.
熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂とノボラック型フェノール樹脂を1:1の重量比で混合した樹脂、炭素系フィラーとして鱗片状黒鉛(平均粒径5μm)、溶媒としてメタノールを用い、熱硬化性樹脂/炭素系フィラー/溶媒=10質量部/5質量部/85質量部の配合比でこれらを混合し、超音波分散装置を用いて1分間撹拌を行い、均一に分散した樹脂組成物を得た。
A thermosetting resin using a resin in which a resol type phenolic resin and a novolac type phenolic resin are mixed at a weight ratio of 1: 1 as a thermosetting resin, scaly graphite (
15cm×12.5cmにカットした抄紙体をアルミバットに満たした樹脂組成物に浸漬し、炭素繊維100質量部に対して、樹脂成分(熱硬化性樹脂+炭素系フィラー)が130質量部となるように含浸させた後、100℃で5分間加熱して乾燥させ、予備含浸体を作製した。次に、平板プレスで加圧しながら、180℃で5分間熱処理を行った。なお、加圧の際に平板プレスにスペーサーを配置して、熱処理後の予備含浸体の厚さが130μmになるように上下プレス面板の間隔を調整した。 The paper body cut into 15 cm × 12.5 cm is immersed in a resin composition filled with aluminum bat, and the resin component (thermosetting resin + carbon filler) becomes 130 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fibers. After impregnating in this manner, it was dried by heating at 100 ° C. for 5 minutes to prepare a pre-impregnated body. Next, it heat-processed for 5 minutes at 180 degreeC, pressing with a flat plate press. In addition, a spacer was disposed on the flat plate press during the pressurization, and the interval between the upper and lower press face plates was adjusted so that the thickness of the pre-impregnated body after the heat treatment was 130 μm.
予備含浸体を熱処理した基材を、加熱炉において、窒素ガス雰囲気に保たれた、最高温度が2400℃の加熱炉に導入し、炭素繊維焼成体を得た。 The base material obtained by heat-treating the pre-impregnated body was introduced into a heating furnace having a maximum temperature of 2400 ° C. maintained in a nitrogen gas atmosphere in a heating furnace to obtain a carbon fiber fired body.
炭素繊維焼成体95質量部に対し、5質量部のPTFE樹脂を付与し、100℃で5分間加熱して乾燥させ、厚さ100μmの電極基材を作製した。 5 parts by mass of PTFE resin was applied to 95 parts by mass of the carbon fiber fired body, heated at 100 ° C. for 5 minutes and dried to prepare an electrode substrate having a thickness of 100 μm.
<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>
マイクロポーラス部[A]を形成するために、パターン部分以外を樹脂でマスクしたスクリーン印刷版を用いて電極基材の一方の面(A面)にパターン様のカーボン塗液部を形成した。ここで用いたカーボン塗液には、カーボンブラックとしてアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製“デンカブラック(登録商標)”)、PTFE樹脂(ダイキン工業株式会社製“ポリフロン(登録商標)”D−1E)、界面活性剤(ナカライテスク株式会社製“TRITON(登録商標)”X−100)、精製水を用い、カーボンブラック/PTFE樹脂/界面活性剤/精製水=7.7質量部/2.5質量部/14質量部/75.8質量部の配合比でこれらを混合したものを用いた。パターン様のカーボン塗液部を形成した電極基材を120℃で10分間加熱した後、マイクロポーラス部[B]を形成するために、パターン様のカーボン塗液部を有する面(A面)の反対側に、コーター(ダイコーター)を用いて前記カーボン塗液を塗工し、120℃で10分間加熱した。加熱した塗工物を380℃で10分間加熱して、電極基材の表面にマイクロポーラス部[A]を有し、もう一方の面にマイクロポーラス部[B]を有するガス拡散電極基材を作製した。<Formation of microporous part [A] and microporous part [B]>
In order to form the microporous portion [A], a pattern-like carbon coating liquid portion was formed on one surface (A surface) of the electrode base material using a screen printing plate in which a portion other than the pattern portion was masked with a resin. The carbon coating liquid used here includes acetylene black (“DENKA BLACK (registered trademark)” manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and PTFE resin (“POLYFLON (registered trademark)” D-1E manufactured by Daikin Industries, Ltd.) as carbon black. ), Surfactant (“TRITON (registered trademark)” X-100 manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.), purified water, carbon black / PTFE resin / surfactant / purified water = 7.7 parts by mass / 2.5 What mixed these by the compounding ratio of the mass part / 14 mass parts / 75.8 mass parts was used. After heating the electrode base material on which the pattern-like carbon coating liquid portion is formed at 120 ° C. for 10 minutes, the surface (A surface) having the pattern-like carbon coating liquid portion is formed in order to form the microporous portion [B]. On the opposite side, the carbon coating solution was applied using a coater (die coater) and heated at 120 ° C. for 10 minutes. The heated coating material is heated at 380 ° C. for 10 minutes to prepare a gas diffusion electrode substrate having a microporous portion [A] on the surface of the electrode substrate and a microporous portion [B] on the other surface. Produced.
換言すると、電極基材にカーボン塗液を塗布し、これを加熱することによってマイクロポーラス部が形成されるので、マイクロポーラス部[A]が所望のパターンを形成するように、電極基材の一方の表面(A面)にカーボン塗液を塗布した。すわなち、電極基材上においてマイクロポーラス部が形成される部分にはカーボン塗液が塗布されるように、一方、電極基材上においてマイクロポーラス部が形成されない部分にはカーボン塗液が塗布されないように、スクリーン印刷版を用いて、電極基材上にカーボン塗液が塗布した。より具体的には、電極基材上においてマイクロポーラス部が形成されない部分にはカーボン塗液が塗布されないように、その一部が樹脂で覆われた(マスクされた)スクリーン印刷版を用いた。塗布後、カーボン塗液を加熱した。続いて、電極基材のもう一方の表面(B面)にカーボン塗液を塗布した(なお、マイクロポーラス部[B]にもパターンを形成する場合には、上述のマイクロポーラス部[A]の形成法と同じ方法を採ることができる)。塗布後、これを加熱し、電極基材の一方の表面にマイクロポーラス部[A]を有し、もう一方の表面(B面)にマイクロポーラス部[B]を有するガス拡散電極基材を作製した。 In other words, since the microporous portion is formed by applying the carbon coating liquid to the electrode substrate and heating it, one of the electrode substrates is formed so that the microporous portion [A] forms a desired pattern. A carbon coating solution was applied to the surface (side A). In other words, the carbon coating liquid is applied to the part where the microporous part is formed on the electrode base material, while the carbon coating liquid is applied to the part where the microporous part is not formed on the electrode base material. In order to avoid this, a carbon coating solution was applied onto the electrode substrate using a screen printing plate. More specifically, a screen printing plate partially covered with a resin (masked) was used so that the carbon coating liquid was not applied to the portion where the microporous portion was not formed on the electrode substrate. After coating, the carbon coating solution was heated. Subsequently, a carbon coating solution was applied to the other surface (side B) of the electrode substrate (in the case of forming a pattern on the microporous portion [B], the above-described microporous portion [A] The same method as the forming method can be taken). After coating, this is heated to produce a gas diffusion electrode substrate having a microporous portion [A] on one surface of the electrode substrate and a microporous portion [B] on the other surface (B surface). did.
<固体高分子型燃料電池の発電性能評価>
白金担持炭素(田中貴金属工業(株)製、白金担持量:50質量%)1.00g、精製水 1.00g、“Nafion(登録商標)”溶液(Aldrich社製 “Nafion(登録商標)”5.0質量%)8.00g、イソプロピルアルコール(ナカライテスク社製)18.00gを順に加えることにより、触媒液を作成した。<Evaluation of power generation performance of polymer electrolyte fuel cells>
1.00 g of platinum-supported carbon (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., platinum support: 50% by mass), 1.00 g of purified water, “Nafion (registered trademark)” solution (“Nafion (registered trademark)” 5 manufactured by Aldrich) (0.0 mass%) 8.00 g and isopropyl alcohol (manufactured by Nacalai Tesque) 18.00 g were sequentially added to prepare a catalyst solution.
次に7cm×7cmにカットした “ナフロン(登録商標)”PTFEテープ“TOMBO(登録商標)”No.9001(ニチアス(株)製)に、触媒液をスプレーで塗布し、室温で乾燥させ、白金量が0.3mg/cm2の触媒層付きPTFEシートを作製した。続いて、10cm×10cmにカットした固体高分子電解質膜“Nafion(登録商標)”NRE−211CS(DuPont社製)を2枚の触媒層付きPTFEシートで挟み、平板プレスで5MPaに加圧しながら130℃で5分間プレスし、固体高分子電解質膜に触媒層を転写した。プレス後、PTFEシートを剥がし、触媒層付き固体高分子電解質膜を作製した。Next, “Naflon (registered trademark)” PTFE tape “TOMBO (registered trademark)” No. 7 cut to 7 cm × 7 cm was used. A catalyst solution was applied to 9001 (manufactured by NICHIAS Corporation) by spraying and dried at room temperature to prepare a PTFE sheet with a catalyst layer having a platinum amount of 0.3 mg / cm 2 . Subsequently, a solid polymer electrolyte membrane “Nafion (registered trademark)” NRE-211CS (manufactured by DuPont) cut to 10 cm × 10 cm is sandwiched between two PTFE sheets with a catalyst layer, and pressed to 5 MPa with a flat plate press. Pressing at 5 ° C. for 5 minutes transferred the catalyst layer to the solid polymer electrolyte membrane. After pressing, the PTFE sheet was peeled off to produce a solid polymer electrolyte membrane with a catalyst layer.
次に、触媒層付き固体高分子電解質膜を、7cm×7cmにカットした2枚のガス拡散電極基材で挟み、平板プレスで3MPaに加圧しながら130℃で5分間プレスし、膜電極接合体を作製した。なお、ガス拡散電極基材はマイクロポーラス部[B]を有する面が触媒層側と接するように配置した。 Next, the solid polymer electrolyte membrane with a catalyst layer is sandwiched between two gas diffusion electrode substrates cut to 7 cm × 7 cm, and pressed at 130 ° C. for 5 minutes while being pressurized to 3 MPa with a flat plate press, and a membrane electrode assembly Was made. The gas diffusion electrode base material was arranged so that the surface having the microporous portion [B] was in contact with the catalyst layer side.
得られた膜電極接合体を燃料電池評価用単セルに組み込み、電流密度を変化させた際の電圧を測定した。ここで、セパレータとしては、溝幅1.5mm、溝深さ1.0mm、リブ幅1.1mmの一本流路のサーペンタイン型のものを用いた。また、アノード側には210kPaに加圧した水素を、カソード側には140kPaに加圧した空気を供給し、評価を行った。なお、水素、空気はともに70℃に設定した加湿ポットにより加湿を行った。また、水素、空気中の酸素の利用率はそれぞれ80%、67%とした。 The obtained membrane electrode assembly was incorporated into a single cell for fuel cell evaluation, and the voltage when the current density was changed was measured. Here, as the separator, a serpentine type single groove having a groove width of 1.5 mm, a groove depth of 1.0 mm, and a rib width of 1.1 mm was used. Further, evaluation was performed by supplying hydrogen pressurized to 210 kPa to the anode side and air pressurized to 140 kPa to the cathode side. Both hydrogen and air were humidified using a humidification pot set at 70 ° C. The utilization rates of hydrogen and oxygen in the air were 80% and 67%, respectively.
まず、運転温度を65℃、電流密度を2.2A/cm2にセットした場合の、出力電圧を測定し、耐フラッディング性(低温性能)の指標として用いた。また、運転温度を65℃、電流密度を2.2A/cm2にセットし、30分間保持した場合の、出力電圧低下回数をカウントし、耐プラッギング性の指標として用いた。すなわち、30分間に出力電圧が0.2V以下になった回数をカウントし、7回以上のものをC、回数が5〜6回のものをB、3〜4回のものをA、2回以下のものをSとした。次に、電流密度を1.2A/cm2にセットし、運転温度を80℃から、5分間保持、5分間かけて2℃上昇を繰り返しながら出力電圧を測定し、発電可能な限界温度を求め、耐ドライアップ性(高温性能)の指標として用いた。First, when the operating temperature was set to 65 ° C. and the current density was set to 2.2 A / cm 2 , the output voltage was measured and used as an index of flooding resistance (low temperature performance). In addition, when the operating temperature was set to 65 ° C. and the current density was set to 2.2 A / cm 2 and held for 30 minutes, the number of output voltage drops was counted and used as an index of plugging resistance. That is, the number of times that the output voltage becomes 0.2V or less in 30 minutes is counted, C is 7 times or more, B is 5-6 times, A is 3-4 times, 2 times. The following was designated S. Next, the current density is set to 1.2 A / cm 2 , the operating temperature is maintained from 80 ° C. for 5 minutes, the output voltage is measured while repeatedly increasing 2 ° C. over 5 minutes, and the limit temperature at which power generation is possible is obtained. It was used as an index of dry-up resistance (high temperature performance).
(実施例1)
実施例1のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔0.7mmの直線で構成される格子状(図1に代表される格子形状)のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ66%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.35V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表1に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。また、マイクロポーラス部[A]を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、1m/minまで速めることができた。Example 1
The microporous portion [A] of Example 1 uses a screen plate so as to have a lattice-like pattern (a lattice shape represented by FIG. 1) composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.7 mm. Made. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. When the area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured, it was 66%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.35 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good. Moreover, the coating speed of the carbon coating liquid for forming the microporous portion [A] onto the electrode substrate could be increased to 1 m / min.
(実施例2)
実施例2のマイクロポーラス部[A]は線幅0.1mm、線間隔1.8mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ10%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度90℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表1に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 2)
The microporous part [A] of Example 2 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.1 mm and a line interval of 1.8 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. When the area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured, it was 10%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 90 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例3)
実施例3のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表1に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。Example 3
The microporous part [A] of Example 3 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured and found to be 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例4)
実施例4のマイクロポーラス部[A]は線幅0.3mm、線間隔1.2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表1に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。Example 4
The microporous part [A] of Example 4 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.3 mm and a line interval of 1.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured and found to be 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例5)
実施例5のマイクロポーラス部[A]は線幅0.3mm、線間隔6mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ9.3%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.39V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表1に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 5)
The microporous part [A] of Example 5 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.3 mm and a line interval of 6 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. When the area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured, it was 9.3%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.39 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例6)
実施例6のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔0.7mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部[B]は線幅0.5mm、線間隔0.2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は66%で、マイクロポーラス部[B]の面積率は92%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.35V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度90℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表1に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 6)
The microporous part [A] of Example 6 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.7 mm. The microporous portion [B] was prepared using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was 66%, and the area ratio of the microporous part [B] was 92%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.35 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 90 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例7)
実施例7のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔0.7mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部[B]は線幅0.5mm、線間隔0.2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。膜電極接合体を作製時にガス拡散電極基材はマイクロポーラス部[A]を有する面が触媒層側と接するように配置した。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は66%であり、マイクロポーラス部[B]の面積率は92%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.33V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度90℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表1に記載のように、耐ドライアップ性は良好であったが、実施例6と比較すると、耐フラッディング性はやや低下した。(Example 7)
The microporous part [A] of Example 7 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.7 mm. The microporous portion [B] was prepared using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. When producing the membrane electrode assembly, the gas diffusion electrode substrate was disposed so that the surface having the microporous portion [A] was in contact with the catalyst layer side. The area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was 66%, and the area ratio of the microporous part [B] was 92%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.33 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 90 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described in the above, the dry-up resistance was good, but compared with Example 6, the flooding resistance was slightly lowered.
(実施例8)
実施例8のマイクロポーラス部[A]は線幅0.1mm、線間隔0.4mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.39V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表1に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 8)
The microporous part [A] of Example 8 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.1 mm and a line interval of 0.4 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.39 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例9)
実施例9のマイクロポーラス部[A]は線幅3mm、線間隔12mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.36V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表2に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。Example 9
The microporous part [A] of Example 9 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 3 mm and a line interval of 12 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.36 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例10)
実施例10のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔0.9mmの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表2に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 10)
The microporous part [A] of Example 10 was produced using a screen plate so as to form a stripe pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.9 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例11)
実施例11のマイクロポーラス部[A]は縦と横の幅0.5mmで、間隔0.33mmの島状(図11に代表される形状)のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや低下した。出力電圧0.36V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表2に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 11)
The microporous portion [A] of Example 11 was produced using a screen plate so as to form an island-like pattern (a shape represented by FIG. 11) having a vertical and horizontal width of 0.5 mm and an interval of 0.33 mm. . Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the resistance to plugging was slightly lowered. The output voltage is 0.36 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例12)
実施例12のマイクロポーラス部[A]は線幅が0.1mmより小さい部分を含むランダムな形状(図10に代表される形状)になるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや低下した。出力電圧0.35V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表2に記載のように、耐フラッディング性がやや低下し、耐ドライアップ性は良好であった。(Example 12)
The microporous portion [A] of Example 12 was produced using a screen plate so as to have a random shape (a shape represented by FIG. 10) including a portion having a line width smaller than 0.1 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the resistance to plugging was slightly lowered. The output voltage is 0.35 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described in the above, the flooding resistance was slightly lowered and the dry-up resistance was good.
(実施例13)
実施例13のマイクロポーラス部[A]は線幅0.1mm、線間隔0.2mmの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は33%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや定価した。出力電圧0.36V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表2に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに好であった。(Example 13)
The microporous part [A] of Example 13 was produced using a screen plate so as to form a stripe pattern composed of straight lines having a line width of 0.1 mm and a line interval of 0.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was 33%. As a result of evaluating the power generation performance of the gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was a little fixed. The output voltage is 0.36 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described in the above, both flooding resistance and dry-up resistance were favorable.
(実施例14)
実施例14のマイクロポーラス部[A]は線幅0.3mm、線間隔0.5mmの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は38%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表2に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 14)
The microporous part [A] of Example 14 was produced using a screen plate so as to form a stripe pattern composed of straight lines having a line width of 0.3 mm and a line interval of 0.5 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 38%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例15)
実施例15のマイクロポーラス部[A]は線幅10mm、線間隔18mmの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性はやや低下した。出力電圧0.35V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表2に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 15)
The microporous part [A] of Example 15 was produced using a screen plate so as to form a stripe pattern composed of straight lines having a line width of 10 mm and a line interval of 18 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the resistance to plugging was slightly lowered. The output voltage is 0.35 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例16)
実施例16のマイクロポーラス部[A]は線幅0.3mm、線間隔2.0mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ24%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.39V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表2に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 16)
The microporous part [A] of Example 16 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.3 mm and a line interval of 2.0 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. When the area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured, it was 24%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.39 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 2 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例17)
実施例17のマイクロポーラス部[A]は線幅0.3mm、線間隔2.0mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにロータリースクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ24%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.39V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表3に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性、はともに良好であった。また、マイクロポーラス部[A]を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、5m/minまで速めることができた。(Example 17)
The microporous part [A] of Example 17 was produced using a rotary screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.3 mm and a line interval of 2.0 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. When the area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured, it was 24%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.39 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 3 As described in 1., both flooding resistance and dry-up resistance were good. Moreover, the coating speed of the carbon coating liquid for forming the microporous portion [A] onto the electrode substrate could be increased to 5 m / min.
(実施例18)
実施例18のマイクロポーラス部[A]は線幅0.3mm、線間隔1.2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにロータリースクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度92℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表3に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性、マイクロポーラス部[A]の塗工速度はともに良好であった。また、マイクロポーラス部[A]を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、5m/minまで速めることができた。(Example 18)
The microporous part [A] of Example 18 was produced using a rotary screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.3 mm and a line interval of 1.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured and found to be 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 92 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 3 As described in 1., the flooding resistance, the dry-up resistance, and the coating speed of the microporous part [A] were all good. Moreover, the coating speed of the carbon coating liquid for forming the microporous portion [A] onto the electrode substrate could be increased to 5 m / min.
(実施例19)
実施例19のマイクロポーラス部[A]は線幅0.3mm、線間隔1.2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにグラビア印刷を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率を測定したところ36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は良好であった。出力電圧0.36V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度91℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表3に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性はともに良好であった。また、マイクロポーラス部[A]を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、2m/minまで速めることができた。(Example 19)
The microporous part [A] of Example 19 was prepared by gravure printing so as to be a lattice-like pattern composed of straight lines having a line width of 0.3 mm and a line interval of 1.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was measured and found to be 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was good. The output voltage is 0.36 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 91 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 3 As described in the above, both the flooding resistance and the dry-up resistance were good. Moreover, the coating speed of the carbon coating liquid for forming the microporous part [A] onto the electrode substrate could be increased to 2 m / min.
(実施例20)
実施例20のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔0.9mmの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部[B]は線幅0.5mm、線間隔0.2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%で、マイクロポーラス部[B]の面積率は92%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度90℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表3に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに良好であった。(Example 20)
The microporous part [A] of Example 20 was produced using a screen plate so as to form a stripe pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.9 mm. The microporous portion [B] was prepared using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%, and the area ratio of the microporous part [B] was 92%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 90 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 3 As described above, both flooding resistance and dry-up resistance were good.
(実施例21)
実施例21のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔0.9mmの直線で構成されるストライプ状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。マイクロポーラス部[B]は線幅0.5mm、線間隔0.2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。膜電極接合体を作製時に、ガス拡散電極基材をマイクロポーラス部[A]を有する面が触媒層側と接するように配置した。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は36%であり、マイクロポーラス部[B]の面積率は92%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.33V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度89℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)でり、表1に記載のように、耐ドライアップ性は良好であったが、実施例20と比較すると、耐フラッディング性はやや低下した。(Example 21)
The microporous part [A] of Example 21 was produced using a screen plate so as to form a stripe pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.9 mm. The microporous portion [B] was prepared using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. When the membrane / electrode assembly was produced, the gas diffusion electrode substrate was placed so that the surface having the microporous portion [A] was in contact with the catalyst layer side. The area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was 36%, and the area ratio of the microporous part [B] was 92%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.33 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 89 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 1 As described in the above, the dry-up resistance was good, but the flooding resistance was slightly lowered as compared with Example 20.
実施例での評価結果などを表1〜3にまとめて示す。 The evaluation result in an Example etc. are put together in Tables 1-3, and are shown.
(比較例1)
比較例1の電極基材にはマイクロポーラス部[A]を設けなかった。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は大きく低下した。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度88℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表4に記載のように、耐フラッディング性は良好であったが、耐ドライアップ性は低下した。(Comparative Example 1)
The electrode substrate of Comparative Example 1 was not provided with the microporous portion [A]. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the resistance to plugging was greatly reduced. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 88 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 4 As described above, the flooding resistance was good, but the dry-up resistance was lowered.
(比較例2)
比較例2のマイクロポーラス部[A]は面状になるようにコーター(ダイコーター)を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は100%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、出力電圧が取り出せず(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度89℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表4に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに低下した。高温性能が低いのはマイクロポーラス部[A]の面積率が高いためガス拡散電極基材の面直ガス拡散性が低く、触媒への燃料が十分に供給できないためである。また、マイクロポーラス部[A]の面積率が高いため排水性が低くなり、電極基材内部でフラッディングを引き起こし低温性能が低下した。なお、マイクロポーラス部[A]を形成するためのカーボン塗液の電極基材への塗工速度は、2m/minまで速めることができた。(Comparative Example 2)
The microporous part [A] of Comparative Example 2 was produced using a coater (die coater) so as to be planar. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 100%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the output voltage could not be taken out (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 89 ° C. (humidification temperature 70 ° C., Current density was 1.2 A / cm 2 ), and as shown in Table 4, both flooding resistance and dry-up resistance were reduced. The reason why the high-temperature performance is low is that the area ratio of the microporous portion [A] is high, so that the gas diffusion electrode base material has low surface gas diffusibility, and fuel cannot be sufficiently supplied to the catalyst. Moreover, since the area ratio of the microporous part [A] is high, the drainage performance is lowered, causing flooding inside the electrode base material and lowering the low temperature performance. In addition, the coating speed to the electrode base material of the carbon coating liquid for forming microporous part [A] was able to be accelerated to 2 m / min.
(比較例3)
比較例3のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔0.5mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は75%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性は極めて良好であった。出力電圧0.25V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度88℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表4に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに低下した。高温性能が低いのはマイクロポーラス部[A]の面積率が高いためガス拡散電極基材の面直ガス拡散性が低く、触媒への燃料が十分に供給できないためである。また、マイクロポーラス部[A]の面積率が高いため排水性が低くなり、電極基材内部でフラッディングを引き起こし低温性能が低下した。(Comparative Example 3)
The microporous part [A] of Comparative Example 3 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 0.5 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous part [A] of this gas diffusion electrode substrate was 75%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was extremely good. The output voltage is 0.25 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 88 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 4 As described in 1., both the flooding resistance and the dry-up resistance decreased. The reason why the high-temperature performance is low is that the area ratio of the microporous portion [A] is high, so that the gas diffusion electrode base material has low surface gas diffusibility, and fuel cannot be sufficiently supplied to the catalyst. Moreover, since the area ratio of the microporous part [A] is high, the drainage performance is lowered, causing flooding inside the electrode base material and lowering the low temperature performance.
(比較例4)
比較例4のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔20mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]の面積率は4.8%であり、このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、耐プラッギング性が大きく低下した。これはマイクロポーラス部[A]の面積率が小さく、流路で液水が滞留しにくくなることが原因である。出力電圧0.38V(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度88℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表4に記載のように、耐フラッディング性は良好であったが、耐ドライアップ性は低下した。(Comparative Example 4)
The microporous part [A] of Comparative Example 4 was produced using a screen plate so as to form a lattice pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 20 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] of this gas diffusion electrode substrate was 4.8%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the plugging resistance was greatly reduced. This is because the area ratio of the microporous portion [A] is small and liquid water does not easily stay in the flow path. The output voltage is 0.38 V (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 88 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ), Table 4 As described above, the flooding resistance was good, but the dry-up resistance was lowered.
(比較例5)
比較例5の電極基材にはマイクロポーラス部[A]を設けなかった。また、マイクロポーラス部[B]は線幅0.5mm、線間隔2mmの直線で構成される格子状のパターンを有するスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[B]の面積率は36%であった。このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、出力電圧が取り出せず(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度85℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表4に記載のように、耐フラッディング性、耐ドライアップ性ともに低下した。低温性能が低いのはマイクロポーラス部[B]の面積率が低いため触媒層との接触面積が低く、接触電気抵抗が大きくなったためであり、高温性能が低いのはマイクロポーラス部[B]の面積率が低いため水蒸気がセパレータ側へ逃げやすく電解質膜の乾燥が顕著になったためである。(Comparative Example 5)
The electrode substrate of Comparative Example 5 was not provided with the microporous portion [A]. The microporous portion [B] was prepared using a screen plate having a grid pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous part [B] of this gas diffusion electrode substrate was 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the output voltage could not be taken out (operation temperature 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 85 ° C. (humidification temperature 70 ° C., Current density was 1.2 A / cm 2 ), and as shown in Table 4, both flooding resistance and dry-up resistance were reduced. The low temperature performance is low because the area ratio of the microporous portion [B] is low, the contact area with the catalyst layer is low, and the contact electrical resistance is large, and the high temperature performance is low for the microporous portion [B]. This is because, since the area ratio is low, water vapor easily escapes to the separator side, and drying of the electrolyte membrane becomes remarkable.
(比較例6)
比較例6のマイクロポーラス部[A]は線幅0.5mm、線間隔2mmの直線で構成される格子状のパターンになるようにスクリーン版を用いて作製した。また、マイクロポーラス部[B]も線幅0.5mm、線間隔2mmの直線で構成される格子状のパターンを有するスクリーン版を用いて作製した。その他は<電極基材の作製>および<マイクロポーラス部[A]、マイクロポーラス部[B]の形成>に記載した方法と同様にガス拡散電極基材を得た。このガス拡散電極基材のマイクロポーラス部[A]およびマイクロポーラス部[B]の面積率は36%であり、このガス拡散電極基材の発電性能評価をした結果、出力電圧は取り出せず(運転温度65℃、加湿温度70℃、電流密度2.2A/cm2)、限界温度85℃(加湿温度70℃、電流密度1.2A/cm2)であり、表4に記載のように、耐フラッディング、耐ドライアップ性ともに低下した。低温性能が低いのはマイクロポーラス部[B]の面積率が低いため触媒層との接触面積が低く、接触電気抵抗が大きくなったためであり、高温性能が低いのはマイクロポーラス部[B]の面積率が低いため水蒸気がセパレータ側へ逃げやすく電解質膜の乾燥が顕著になったためである。(Comparative Example 6)
The microporous part [A] of Comparative Example 6 was produced using a screen plate so as to be a lattice-like pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 2 mm. The microporous portion [B] was also produced using a screen plate having a grid pattern composed of straight lines having a line width of 0.5 mm and a line interval of 2 mm. Other than that, a gas diffusion electrode substrate was obtained in the same manner as described in <Preparation of electrode substrate> and <Formation of microporous portion [A] and microporous portion [B]>. The area ratio of the microporous portion [A] and the microporous portion [B] of this gas diffusion electrode substrate is 36%. As a result of evaluating the power generation performance of this gas diffusion electrode substrate, the output voltage cannot be extracted (operation) 65 ° C., humidification temperature 70 ° C., current density 2.2 A / cm 2 ), limit temperature 85 ° C. (humidification temperature 70 ° C., current density 1.2 A / cm 2 ). Both flooding and dry-up resistance decreased. The low temperature performance is low because the area ratio of the microporous portion [B] is low, the contact area with the catalyst layer is low, and the contact electrical resistance is large, and the high temperature performance is low for the microporous portion [B]. This is because, since the area ratio is low, water vapor easily escapes to the separator side, and drying of the electrolyte membrane becomes remarkable.
比較例での評価結果などを表4にまとめて示す。 Table 4 summarizes the evaluation results of the comparative examples.
1:電極基材
2:マイクロポーラス部[A]
3:マイクロポーラス部[B]
4:マイクロポーラス部
41:マイクロポーラス部
5:ガス拡散電極基材
6.電解質膜
7.触媒層
8.膜電極接合体
9.セパレータ
10.燃料電池1: Electrode base material 2: Microporous part [A]
3: Microporous part [B]
4: Microporous part 41: Microporous part 5: Gas
Claims (9)
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)である。 The microporous part [A], the electrode substrate, and the microporous part [B] are arranged in this order, and the area ratio of the microporous part [A] is in the range of 5 to 70%. Ri range der area ratio of 80% to 100% of [B], the microporous portion [a] is the gas diffusion electrode substrate for a fuel cell which is characterized that you have to form a pattern.
However, the area ratio is the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate.
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)である。However, the area ratio is the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate.
ただし、面積率は、電極基材の面積に対するマイクロポーラス部で覆われている面積の割合(%)である。However, the area ratio is the ratio (%) of the area covered with the microporous portion to the area of the electrode substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012557347A JP5614462B2 (en) | 2011-12-26 | 2012-12-19 | Gas diffusion electrode base material for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011283392 | 2011-12-26 | ||
JP2011283392 | 2011-12-26 | ||
PCT/JP2012/082875 WO2013099720A1 (en) | 2011-12-26 | 2012-12-19 | Gas diffusion electrode substrate for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell |
JP2012557347A JP5614462B2 (en) | 2011-12-26 | 2012-12-19 | Gas diffusion electrode base material for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5614462B2 true JP5614462B2 (en) | 2014-10-29 |
JPWO2013099720A1 JPWO2013099720A1 (en) | 2015-05-07 |
Family
ID=48697211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012557347A Active JP5614462B2 (en) | 2011-12-26 | 2012-12-19 | Gas diffusion electrode base material for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140329164A1 (en) |
EP (1) | EP2800180B1 (en) |
JP (1) | JP5614462B2 (en) |
KR (1) | KR101533205B1 (en) |
CN (1) | CN103975470B (en) |
BR (1) | BR112014014906A2 (en) |
CA (1) | CA2858136C (en) |
RU (1) | RU2561720C1 (en) |
TW (1) | TWI565132B (en) |
WO (1) | WO2013099720A1 (en) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2919875C (en) | 2012-08-14 | 2021-08-17 | Powerdisc Development Corporation Ltd. | Fuel cell flow channels and flow fields |
WO2015095021A1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 3M Innovative Properties Company | Membrane electrode assembly and methods of making the same |
EP3084858A1 (en) | 2013-12-17 | 2016-10-26 | 3M Innovative Properties Company | Membrane electrode assembly and methods of making the same |
JP6291962B2 (en) * | 2014-03-28 | 2018-03-14 | 東レ株式会社 | Method and apparatus for manufacturing gas diffusion electrode |
JP6287490B2 (en) * | 2014-03-31 | 2018-03-07 | 東レ株式会社 | Polymer electrolyte fuel cell |
DE102015014433A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Daimler Ag | Catalyst layer with passage opening for fuel cells |
KR102401251B1 (en) * | 2014-12-10 | 2022-05-24 | 도레이 카부시키가이샤 | Nonwoven carbon fiber fabric, process for producing nonwoven carbon fiber fabric, and polymer electrolyte membrane fuel cell |
JP6497179B2 (en) * | 2015-04-01 | 2019-04-10 | 三菱ケミカル株式会社 | Gas diffusion layer and gas diffusion layer roll |
CN107851805A (en) * | 2015-08-27 | 2018-03-27 | 东丽株式会社 | Gas-diffusion electrode |
EP3396754B1 (en) * | 2015-12-24 | 2023-02-01 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode and fuel cell |
JP6711630B2 (en) * | 2016-01-28 | 2020-06-17 | 本田技研工業株式会社 | Method for manufacturing fuel cell assembly |
WO2017161449A1 (en) | 2016-03-22 | 2017-09-28 | Loop Energy Inc. | Fuel cell flow field design for thermal management |
TWI617075B (en) | 2016-04-18 | 2018-03-01 | 國立清華大學 | Sea water battery circulation system, sea water battery, cathode of sea water battery and fabrication method thereof |
JP6778459B2 (en) * | 2017-01-13 | 2020-11-04 | 旭化成株式会社 | Electrode for electrolysis, electrolytic cell, electrode laminate and electrode renewal method |
DE102019210799A1 (en) * | 2019-07-22 | 2021-01-28 | Robert Bosch Gmbh | Method for producing a bipolar plate for a fuel cell |
KR20210074896A (en) * | 2019-12-12 | 2021-06-22 | 현대자동차주식회사 | Gas diffusion layer for fuel cell and manufacturing method thereof |
WO2022027944A1 (en) * | 2020-08-06 | 2022-02-10 | 江苏大学 | Fuel-cell gas diffusion layer structure and processing method therefor |
CN112072119B (en) * | 2020-08-06 | 2022-06-21 | 江苏大学 | Fuel cell gas diffusion layer structure and processing method thereof |
KR20230104661A (en) * | 2020-11-06 | 2023-07-10 | 루프 에너지 인크. | Fuel cell assembly with improved contact pressure distribution |
DE102022127150A1 (en) * | 2022-10-17 | 2024-04-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Gas diffusion substrate made of a porous metal substrate and a gas-permeable polymer layer, method for its production and gas diffusion electrode and electrochemical cell with a gas diffusion substrate |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006004879A (en) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Nissan Motor Co Ltd | Gas diffusion electrode and solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2006324104A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Nissan Motor Co Ltd | Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using this |
JP2008293937A (en) * | 2007-04-27 | 2008-12-04 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell and fuel cell system |
JP2009080968A (en) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Membrane electrode assembly and fuel cell |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2077094C1 (en) * | 1994-12-28 | 1997-04-10 | Владимир Владимирович Бекеш | Gas-diffusion electrode for chemical cells |
JP3591123B2 (en) | 1996-03-08 | 2004-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell and fuel cell electrode |
JP3444530B2 (en) | 1998-10-13 | 2003-09-08 | 松下電器産業株式会社 | Fuel cell |
JP2004164903A (en) | 2002-11-11 | 2004-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Polymer electrolyte type fuel cell, and manufacturing method of its electrode |
US7923172B2 (en) * | 2003-11-14 | 2011-04-12 | Basf Fuel Cell Gmbh | Structures for gas diffusion materials and methods for their fabrication |
JP4457267B2 (en) * | 2004-01-30 | 2010-04-28 | 大日本印刷株式会社 | Gas diffusion electrode and fuel cell |
US7063913B2 (en) * | 2004-08-25 | 2006-06-20 | General Motors Corporation | Diffusion media with microporous layer |
US7625661B2 (en) * | 2005-08-30 | 2009-12-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Diffusion media with continuous micro-porous layers incorporating non-uniformity |
GB0601943D0 (en) * | 2006-02-01 | 2006-03-15 | Johnson Matthey Plc | Microporous layer |
US7413826B2 (en) * | 2006-02-16 | 2008-08-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Anode electrodes for direct oxidation fuel cells and systems operating with concentrated liquid fuel |
US20070218344A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-20 | Chunxin Ji | Diffusion media with vapor deposited fluorocarbon polymer |
JP5300191B2 (en) * | 2006-11-02 | 2013-09-25 | キヤノン株式会社 | Membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell |
KR100969476B1 (en) * | 2006-12-12 | 2010-07-14 | 주식회사 엘지화학 | Membrane-electrode assembly of fuel cell and fuel cell |
US7704629B2 (en) * | 2007-01-22 | 2010-04-27 | Panasonic Corporation | Direct oxidation fuel cells with improved cathode gas diffusion media for low air stoichiometry operation |
TWI459622B (en) * | 2007-11-15 | 2014-11-01 | Atomic Energy Council | Preparation of Thin Film Fuel Cell Electrode Using Nano Carbide Carrier Catalyst by Low Voltage Electrophoresis |
RU2382444C2 (en) * | 2008-03-18 | 2010-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационая компания "НЭП") | Method of making membrane-electrode unit for fuel cell |
TWI431843B (en) * | 2008-12-31 | 2014-03-21 | Ind Tech Res Inst | Membrane-electrode assembly (mea) structures and manufacturing methods thereof |
JP2011151009A (en) * | 2009-12-22 | 2011-08-04 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Method of manufacturing porous electrode substrate |
-
2012
- 2012-12-19 CN CN201280061254.3A patent/CN103975470B/en active Active
- 2012-12-19 RU RU2014128156/07A patent/RU2561720C1/en not_active IP Right Cessation
- 2012-12-19 CA CA2858136A patent/CA2858136C/en active Active
- 2012-12-19 JP JP2012557347A patent/JP5614462B2/en active Active
- 2012-12-19 EP EP12861254.6A patent/EP2800180B1/en active Active
- 2012-12-19 BR BR112014014906A patent/BR112014014906A2/en not_active IP Right Cessation
- 2012-12-19 WO PCT/JP2012/082875 patent/WO2013099720A1/en active Application Filing
- 2012-12-19 KR KR1020147017779A patent/KR101533205B1/en active IP Right Grant
- 2012-12-19 US US14/362,999 patent/US20140329164A1/en not_active Abandoned
- 2012-12-21 TW TW101148890A patent/TWI565132B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006004879A (en) * | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Nissan Motor Co Ltd | Gas diffusion electrode and solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2006324104A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Nissan Motor Co Ltd | Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using this |
JP2008293937A (en) * | 2007-04-27 | 2008-12-04 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell and fuel cell system |
JP2009080968A (en) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Membrane electrode assembly and fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2561720C1 (en) | 2015-09-10 |
EP2800180B1 (en) | 2018-03-07 |
TWI565132B (en) | 2017-01-01 |
US20140329164A1 (en) | 2014-11-06 |
CN103975470A (en) | 2014-08-06 |
EP2800180A1 (en) | 2014-11-05 |
KR20140090700A (en) | 2014-07-17 |
CN103975470B (en) | 2017-08-25 |
CA2858136A1 (en) | 2013-07-04 |
BR112014014906A2 (en) | 2017-06-13 |
KR101533205B1 (en) | 2015-07-01 |
JPWO2013099720A1 (en) | 2015-05-07 |
EP2800180A4 (en) | 2015-06-10 |
WO2013099720A1 (en) | 2013-07-04 |
TW201338255A (en) | 2013-09-16 |
CA2858136C (en) | 2017-01-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5614462B2 (en) | Gas diffusion electrode base material for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell | |
JP6206186B2 (en) | Gas diffusion electrode base material for fuel cells | |
JP5621949B1 (en) | Gas diffusion layer for fuel cell and manufacturing method thereof | |
JP6115467B2 (en) | Gas diffusion electrode base material for fuel cells | |
JP6287490B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
KR102082547B1 (en) | Gas diffusion electrode substrate | |
JP5835527B1 (en) | GAS DIFFUSION ELECTRODE BASE, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY PROVIDED WITH THE SAME, AND FUEL CELL | |
JP5950031B2 (en) | GAS DIFFUSION ELECTRODE SUBSTRATE, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY PROVIDED WITH THE SAME, AND FUEL CELL | |
KR102356254B1 (en) | Carbon sheet, gas diffusion electrode base material, and fuel cell | |
JP6330282B2 (en) | Gas diffusion electrode substrate for fuel cell and manufacturing method thereof | |
JP6205718B2 (en) | Fuel cell gas diffusion layer, membrane electrode assembly, and fuel cell | |
JPWO2016060045A1 (en) | Carbon sheet, gas diffusion electrode substrate, and fuel cell | |
JP6798316B2 (en) | Carbon sheet, gas diffusion electrode substrate, winding body, and fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140812 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5614462 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |